Question

15．工业上利用硫铁矿烧渣（主要成分为Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO、SiO₂）为原料制备高档颜料--铁红（Fe₂O₃），具体生产流程如下：

试回答下列问题：
（1）“酸溶”过程中Fe₃O₄发生反应的离子反应方程式为Fe₃O₄+8H⁺=Fe²⁺+2Fe³⁺+4H₂O；
（2）实验室实现“步骤Ⅱ”中分离操作所用的玻璃仪器有漏斗、玻璃棒和烧杯等；步骤Ⅳ中应选用D试剂调节溶液的pH（填字母编号）．
A．稀硝酸      B．氢氧化钠溶液      C．高锰酸钾溶液      D．氨水
（3）检验步骤Ⅲ已经进行完全的试剂是KSCN溶液；
（4）步骤Ⅴ的反应温度一般需控制在35℃以下，其目的是防止NH₄HCO₃分解，减少Fe²⁺的水解；
（5）步骤Ⅵ中发生反应的化学反应方程式为4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂；
（6）步骤Ⅴ中，FeCO₃达到沉淀溶解平衡时，若室温下测得溶液的pH为8.5，c（Fe²⁺）=1×10^-6 mol/L．试判断所得的FeCO₃中是否含有Fe（OH）₂否（填“是”或“否”），请通过简单计算说明理由．（已知：K_sp[Fe（OH）₂]=4.9×10^-17）溶液中c（Fe²⁺）•c（OH^-）²=1×10^-6×（1×10^-5.5）²=1×10^-17＜K_sp[Fe（OH）₂]=4.9×10^-17，故无Fe（OH）₂沉淀生成．
（7）欲测定硫铁矿矿渣中Fe元素的质量分数，称取ag样品，充分“酸溶”、“水溶”后过滤，向滤液中加入足量的H₂O₂，充分反应后加入NaOH溶液至不再继续产生沉淀，经过滤、洗涤、灼烧至固体恒重，冷却后称得残留固体bg，测得该样品中Fe元素的质量分数为$\frac{70b}{a}$%．

Answer 1

分析 硫铁矿烧渣加入硫酸后金属氧化物反应生成硫酸亚铁、硫酸铁，酸性氧化物SiO₂不能发生反应，过滤后得到的滤渣为二氧化硅，滤液中加入过量铁粉，硫酸铁发生反应生成硫酸亚铁溶液，调节pH后加入碳酸氢铵溶液，可生成碳酸亚铁固体，经洗涤、干燥，在空气中灼烧时发生分解，且与空气中的氧气发生氧化还原反应，可生成氧化铁．（1）酸溶过程中四氧化三铁和酸反应生成亚铁离子、铁离子和水；
（2）根据分析可知，步骤Ⅱ为过滤，过滤操作所用的玻璃仪器有漏斗、玻璃棒和烧杯等，步骤Ⅳ中调节pH值的试剂要能与酸反应且不引入新的杂质，由于加入了NH₄HCO₃溶液，所以溶液中含有NH₄⁺；
（3）步骤Ⅲ是将铁离子还原成亚铁离子，检验步骤Ⅲ已经进行完全，即溶液中没有铁离子；
（4）步骤Ⅴ是加入碳酸氢铵产生碳酸亚铁溶液，温度过高，亚铁离子水解程度增大，同时加入的碳酸氢铵不稳定，受热容易分解；
（5）步骤Ⅵ中发生反应为碳酸亚铁在空气中与氧气发生氧化还原反应，可生成氧化铁；
（6）由题中数据可知，溶液中c（Fe²⁺）•c²（OH^-）=1×10^-6×（1×10^-5.5）²=1×10^-17＜Ksp[Fe（OH）₂]=4.9×10^-17，故无Fe（OH）₂沉淀生成；
（7）根据题意，最后称得残留固体bg为氧化铁，可计算铁元素的质量，由铁元素守恒可知样品中铁元素的质量，以此计算质量分数．

解答 解：硫铁矿烧渣加入硫酸后金属氧化物反应生成硫酸亚铁、硫酸铁，酸性氧化物SiO₂不能发生反应，过滤后得到的滤渣为二氧化硅，滤液中加入过量铁粉，硫酸铁发生反应生成硫酸亚铁溶液，调节pH后加入碳酸氢铵溶液，可生成碳酸亚铁固体，经洗涤、干燥，在空气中灼烧时发生分解，且与空气中的氧气发生氧化还原反应，可生成氧化铁．（1）酸溶过程中四氧化三铁和酸反应生成亚铁离子、铁离子和水，“酸溶”过程中Fe₃O₄发生反应的离子方程式为Fe₃O₄+8H⁺=Fe²⁺+2Fe³⁺+4H₂O，
故答案为：Fe₃O₄+8H⁺=Fe²⁺+2Fe³⁺+4H₂O；
（2）根据分析可知，步骤Ⅱ为过滤，过滤操作所用的玻璃仪器有漏斗、玻璃棒和烧杯等，步骤Ⅳ中调节pH值的试剂要能与酸反应且不引入新的杂质，由于加入了NH₄HCO₃溶液，所以溶液中含有NH₄⁺，故用氨水较好，选项D正确，
故答案为：漏斗；D；
（3）步骤Ⅲ是将铁离子还原成亚铁离子，检验步骤Ⅲ已经进行完全，即溶液中没有铁离子，可以用KSCN溶液．故答案为：KSCN溶液；
（4）步骤Ⅴ是加入碳酸氢铵产生碳酸亚铁溶液，温度过高，亚铁离子水解程度增大，同时加入的碳酸氢铵不稳定，受热容易分解，所以温度一般需控制在35℃以下，
故答案为：防止NH₄HCO₃分解，减少Fe²⁺的水解；
（5）步骤Ⅵ中发生反应为碳酸亚铁在空气中与氧气发生氧化还原反应，可生成氧化铁，反应方程式为4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂，
故答案为：4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂；
（6）由题中数据可知，溶液中c（Fe²⁺）•c²（OH^-）=1×10^-6×（1×10^-5.5）²=1×10^-17＜Ksp[Fe（OH）₂]=4.9×10^-17，故无Fe（OH）₂沉淀生成，
故答案为：否；液中c（Fe²⁺）•c（OH^-）²=1×10^-6×（1×10^-5.5）²=1×10^-17＜K_sp[Fe（OH）₂]=4.9×10^-17，故无Fe（OH）₂沉淀生成；
（7）根据题意，最后称得残留固体bg为氧化铁，则铁元素的质量为$\frac{112}{160}$×bg=0.7bg，根据铁元素守恒可知样品中铁元素的质量为0.7bg，所以样品中Fe元素的质量分数为$\frac{0.7bg}{ag}$×100%=$\frac{70b}{a}$%，故答案为：$\frac{70b}{a}$%．

点评 本题考查物质的制备实验，为高频考点，把握制备流程、物质的性质、发生的反应为解答的关键，侧重分析与实验、计算能力的综合考查，题目难度中等．