题目内容

4．高纯氧化铁是现代电子工业的重要材料．以下是用硫酸厂产生的烧渣（主要成分为Fe2O3、Fe3O4、FeO、SiO2）为原料制备高纯氧化铁（软磁a-Fe2O3）的生产流程示意图：

（1）酸浸时，常需将烧渣粉碎、并加入过量H2SO4，其目的是提高铁元素的浸出率，同时抑制铁离子的水解；
滤渣的主要成分为SiO2（填化学式）．
（2）加入FeS2时，发生反应②的离子方程式为FeS2+14Fe3++8H2O=15Fe2++2SO42-+16H+．
（3）加入NH4HCO3目的是中和溶液中的酸，调节溶液的pH，使Fe2+全部转化为FeCO3．“沉淀”时，pH不宜过高，否则制备的FeCO3中可能混有的杂质是Fe（OH）2．检验FeCO3是否洗涤干净的方法是取最后一次洗涤液少量放入试管，滴加盐酸酸化的氯化钡溶液，若无沉淀生成，说明洗涤干净．
（4）煅烧时，发生反应④的化学方程式为4FeCO3+O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe2O3+4CO2．

分析 在烧渣（主要成分为Fe2O3、Fe3O4、FeO、SiO2）中加入硫酸，铁的氧化物转化为铁离子、亚铁离子，SiO2不与酸反应，过滤后所得滤渣为SiO2，滤液中加入FeS2将Fe3+还原为Fe2+，过滤后在滤液中加入碳酸氢铵可生成FeCO3，高温煅烧可得Fe2O3，滤液硫酸铵为铵盐，可作为氮肥施用．
（1）将烧渣粉碎、并加入过量H2SO4，目的是提高铁元素的浸出率，同时抑制铁离子的水解，酸浸时Fe2O3、Fe3O4、FeO能与稀硫酸反应得到Fe2+、Fe3+，SiO2不能与稀硫酸反应；
（2）滤液中加入FeS2将Fe3+还原为Fe2+，-1价的硫被氧化成+6价的硫，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒书写离子反应方程式；
（3）加入NH4HCO3目的是中和溶液中的酸，调节溶液的pH，使Fe2+全部转化为FeCO3，二价铁离子在pH值为7.6左右转化为氢氧化亚铁沉淀；过滤得碳酸亚铁，滤液中有硫酸铵，所以检验FeCO3是否洗净，就是检验洗涤滤液中是否有硫酸根离子，检验硫酸根离子需排除碳酸根离子的干扰；
（4）根据流程可知煅烧后的产物为二氧化碳，同时得到氧化铁，根据原子守恒书写化学反应方程式．

解答 解：（1）烧渣（主要成分为Fe2O3、Fe3O4、FeO、SiO2），酸浸时Fe2O3、Fe3O4、FeO能与稀硫酸反应得到Fe2+、Fe3+，酸浸时，常需将烧渣粉碎，通过增大接触面积，
提高铁元素的浸出率，因亚铁离子、铁离子都易水解呈酸性，通过加入过量H2SO4，抑制铁离子的水解，SiO2不能与稀硫酸反应，因此酸浸、过滤后滤渣主要成分为SiO2，
故答案为：提高铁元素的浸出率，同时抑制铁离子的水解；SiO2；
（2）滤液中加入FeS2将Fe3+还原为Fe2+，-1价的硫被氧化成+6价的硫，FeS2～SO42-，失去14e-，Fe3+～Fe2+，得到e-，最小公倍数为14，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒，离子反应方程式为：FeS2+14Fe3++8H2O=15Fe2++2SO42-+16H+，
故答案为：FeS2+14Fe3++8H2O=15Fe2++2SO42-+16H+；
（3）NH4HCO3能和酸反应硫酸铵和二氧化碳，同时能调节溶液的PH，使Fe2+全部转化为FeCO3，二价铁离子在pH值为7.6左右转化为氢氧化亚铁沉淀，所以制备FeCO3应控制溶液pH不宜过高，否则会产生氢氧化铁沉淀；过滤得碳酸亚铁，滤液中有硫酸铵，所以检验FeCO3是否洗净，就是检验洗涤滤液中是否有硫酸根离子，所以操作为取最后一次洗涤滤液，滴加盐酸酸化排除碳酸根离子的干扰，滴加盐酸酸化的氯化钡溶液，若无沉淀生成，说明洗涤干净，
故答案为：中和溶液中的酸，调节溶液的pH，使Fe2+全部转化为FeCO3；Fe（OH）2；取最后一次洗涤液少量放入试管，滴加盐酸酸化的氯化钡溶液，若无沉淀生成，说明洗涤干净；
（4）根据流程可知煅烧后的产物为二氧化碳，同时得到氧化铁，则生成物为Fe2O3、CO2，反应物为碳酸盐和氧气，所以化学反应方程式为：4FeCO3+O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe2O3+4CO2，
故答案为：4FeCO3+O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe2O3+4CO2．

点评 本题考查物质的制备和分离操作，侧重于学生分析能力、实验能力和综合运用化学知识能力的考查，为高考常见题型，题目难度中等，注意根据实验流程以及相关物质的性质解答该题．

练习册系列答案
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14．下列关于反应中能量变化说法正确的是（　　）
A．甲烷的标准燃烧热为-890.3 kJ•mol-1，则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为：CH4（g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O （g）△H=-890.3 kJ•mol-1
B．相同条件下，2mol氢原子所具有的能量小于1mol氢分子所具有的能量
C．常温下，反应C（s）+CO2（g）═2CO（g） 不能自发进行，则该反应的△H＜0
D．已知①2H2（g）+O2（g）═2H2O （g）△H1=a kJ•mol-1②2H2（g）+O2（g）═2H2O （l）△H2=b kJ•mol-1，则a＞b
15．研究物质磁性表明：金属阳离子含未成对电子越多，则磁性越大磁记录性能越好．离子型氧化物MnO2和Fe3O4及Cr2O3中，磁性最大的是Fe3O4．
12．CoCl2•6H2O是一种饲料营养强化剂．一种利用水钴矿（主要成分为Co2O3、Co（OH）3，还含少量Fe2O3、Al2O3、MnO等）制取CoCl2•6H2O的工艺流程如下：

已知：①浸出液含有阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Al3+等；
②部分阳离子沉淀时溶液的pH见下表：（金属离子浓度为：0.01mol/L）
沉淀物Fe（OH）3Fe（OH）2Co（OH）2Al（OH）3Mn（OH）2
开始沉淀2.77.67.64.07.7
完全沉淀3.79.69.25.29.8
③CoCl2•6H2O熔点为86℃，加热至110～120℃时，失去结晶水生成CoCl2．
（1）写出浸出过程中Co2O3发生反应的离子方程式Co2O3+SO32-+4H+=2Co2++SO42-+2H2O．
（2）写出加适量NaClO3发生反应的主要离子方程式ClO3-+6Fe2++6H+=Cl-+6Fe3++3H2O．
（3）“加Na2CO3调pH至a”，过滤所得到的沉淀为Fe（OH）3、Al（OH）3．
（4）“操作1”中包含3个基本实验操作，依次是蒸发（浓缩），冷却（结晶）和过滤．
（5）萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图1．向“滤液”中加入萃取剂的目的是除去溶液中的Mn2+；其使用的最佳pH范围是B（填选项序号）．
A．2.0～2.5      B．3.0～3.5      C．4.0～4.5      D．5.0～5.5
（6）为测定粗产品中CoCl2•6H2O含量，称取一定质量的粗产品溶于水，加入足量AgNO3溶液，过滤、洗涤，将沉淀烘干后称其质量．通过计算发现粗产品中CoCl2•6H2O的质量分数大于100%，其原因可能是粗产品含有可溶性氯化物或晶体失去了部分结晶水（答一条即可）．
（7）已知某锂离子电池正极是LiCoO2，含Li+导电固体为电解质．充电时，Li+还原为Li，并以原子形式嵌
入电池负极材料碳-6（C6）中（如图2所示）．若该电池的总反应为LiCoO2+C6$?_{放电}^{充电}$CoO2+LiC6，则电池放电时的正极反应式为：CoO2+Li++e-=LiCoO2．
19．孔雀石主要成分是Cu2（OH）2CO3，还含少量FeCO3及Si的化合物，实验室以孔雀石为原料制备硫酸铜晶体的步骤如下

（1）步骤Ⅱ中试剂①是b（填代号）．
a．KMnO4　　　　　b．H2O2         c．Fe粉          d．KSCN
（2）步骤Ⅳ获得硫酸铜晶体，需要经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤等操作．
（3）高铁酸钾（K2FeO4）具有高效的消毒作用，为一种新型非氯高效消毒剂，它可以通过Fe（OH）3与KClO和KOH的混合液制备，写出此离子方程式：2Fe（OH）3+3C1O-+4OH-=2FeO42-+3C1-+5H2O．
在碱性锌电池中，用高铁酸钾作为正极材料，电池反应为：2K2FeO4+3Zn═Fe2O3+ZnO+2K2ZnO2　该电池正极发生的反应的电极反应式为：2FeO42ˉ+6eˉ+5H2O=Fe2O3+10 OH-．
（4）步骤Ⅲ加入CuO目的是调节溶液的pH．查阅有关资料得到如下数据，常温下Fe（OH）3的溶度积常数Ksp=8.0×10-38，Cu（OH）2的溶度积常数Ksp=3.0×10-20，通常认为残留在溶液中的离子浓度小于1×10-5 mol•L-1时就认为沉淀完全．设溶液2中Cu2+的浓度为3.0mol•L-1．步骤Ⅲ加入CuO目的是调节溶液的pH，根据以上数据计算应调节溶液的pH范围是3.3＜pH＜4．（已知 lg5=0.7）
（5）测定硫酸铜晶体（CuSO4•xH2O）中结晶水的x值：称取2.4g硫酸铜晶体，加热至质量不再改变时，称量粉末的质量为1.6g．则计算得x=4.4（计算结果精确到0.1）．
9．B正丁醚常用作有机反应的溶剂．实验室制备正丁醚的反应和主要实验装置如下：
已知：（1）2CH3CH2CH2CH2OH$→_{140℃}^{浓硫酸}$（CH3CH2CH2CH2）2O+H2O
（2）反应物和产物的相关数据如下
相对分子质量沸点/℃密度（g/cm3）水中溶解性
正丁醇74117.20.819微溶
正丁醚130142.00.7704几乎不溶
制备过程如下：
①将6mL浓硫酸和37g正丁醇，按一定顺序添加到A中，并加几粒沸石．
②加热A中反应液，迅速升温至135℃，维持反应一段时间．
③待A中液体冷却后将其缓慢倒入盛有70mL水的分液漏斗中，振摇后静置，分液得粗产物．
④粗产物依次用40mL水、20mL NaOH溶液和40mL水洗涤，分液后加入约3g无
水氯化钙颗粒，静置一段时间后弃去氯化钙．
⑤将上述处理过的粗产物进行蒸馏，收集馏分，得纯净正丁醚．
请回答：
（1）步骤①中浓硫酸和正丁醇的添加顺序为先加入正丁醇，再加入浓硫酸．
（2）步骤③的目的是初步洗去浓H2SO4，振摇后静置，粗产物应从分液漏斗的上（填“上”或“下”）口分离出．
（3）步骤④中最后一次水洗的目的是洗去有机层中残留的NaOH及中和反应生成的盐Na2SO4．
（4）步骤⑤中，加热蒸馏时应收集d（填选项字母）左右的馏分．
a．100℃． 117℃． 135℃．142℃
（5）反应过程中会观察到分水器中收集到液体物质，且分为上下两层，随着反应的进行，分水器中液体逐渐增多至充满时，上层液体会从左侧支管自动流回A．分水器中上层液体的主要成分为正丁醇，下层液体的主要成分为水．
16．有机物的天然提取和人工合成往往得到的是混合物，假设给你一种这样的有机混合物让你研究，一般要采取的几个步骤是（　　）
A．分离、提纯→确定化学式→确定实验式→确定结构式
B．分离、提纯→确定结构式→确定实验式→确定化学式
C．分离、提纯→确定实验式→确定化学式→确定结构式
D．确定化学式→确定实验式→确定结构式→分离、提纯
13．如表是元素周期表的一部分，回答下列有关问题：
族
周期		ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦ0
2①②
3③④⑤⑥⑦⑧⑨
4⑩⑪⑫
（1）写出下列元素符号：①N，⑥Si，⑦S．
（2）在这些元素中，最活泼的金属元素是K，最活泼的非金属元素是F，最不活泼的元素是Ar．
（3）在这些元素的最高价氧化物对应水化物中，酸性最强的是HClO4，碱性最强的是KOH，呈两性的氢氧化物是Al（OH）3；
（4）在这些元素中，原子半径最小的是K，原子半径最大的是F．
（5）在③与④中，化学性质较活泼的是Na，怎样用化学实验证明？答：钠跟水剧烈反应，放出氢气，并生成强碱；Mg跟沸水才反应，放出氢气，并生成中强碱 Mg（OH）2．
14．（1）已知：①CO（g）+H2O（g）?H2（g）+CO2（g）△H=-41kJ•mol-1
②C（s）+2H2（g）?CH4（g）△H=-73kJ•mol-1
③2CO（g）?C（s）+CO2（g）△H=-171kJ•mol-1
则CO2（g）+4H2（g）═CH4（g）+2H2O（g）△H=-162kJ•mol-1．
（2）其他条件相同时，CO和H2按物质的量比1：3进行反应：CO（g）+3H2（g）?CH4（g）+H2O（g）
H2的平衡转化率在不同压强下，随温度的变化如图1所示．

①实际生产中采用图中M点而不是N点对应的反应条件，运用化学反应速率和平衡知识，同时考虑生产实际，说明选择该反应条件的理由与N点条件相比，选用M点条件时，虽然H2转化率低些，但温度较高，反应速率较快，压强为常压对设备要求不高，综合成本低．
②M点的平衡常数Kp=$\frac{\frac{0.9}{2.2}×1.01×1{0}^{5}×\frac{0.9}{2.2}×1.01×1{0}^{5}}{\frac{0.1}{2.2}×1.01×1{0}^{5}×（\frac{0.3}{2.2}×1.01×1{0}^{5}）^{3}}$．（只列算式．Kp的表达式是将平衡分压代替平衡浓度．某物质的平衡分压=总压×该物质的物质的量分数）
（3）图2表示在一定条件下的1L的密闭容器中，X、Y、C三种气体因发生反应，三种气体的物质的量随时间的变化情况．下表是3molX和1molY在一定温度和一定压强下反应，达到平衡时C的体积分数（C%）．
压强/Mpa
C%
温度/℃		0.11020
20015.381.586.4
3002.2a64.2
4000.425.138.2
5000.110.619.1
①X、Y、C三种气体发生反应的化学方程式为Y+3X?2C．
②表中a的取值范围是25.1＜a＜64.2．
③根据上图和上表分析，25min～40min内图中曲线发生变化的原因可能是缩小容器体积或增大压强．

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