Question

硫酸渣是用黃鐵礦制造硫酸過程中排出的廢渣，主要化學(xué)成分為SiO₂（約45%）、Fe₂O₃（約40%）、Al₂O₃（約10%）和MgO（約5%）．
下表列出了相關(guān)金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH：

金屬離子	開始沉淀的pH	沉淀完全的pH
Fe3+	2.2	3.2
Al3+	3.7	4.7
Mg2+	9.6	11.1

某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下方案，分離樣品中各種金屬元素，請(qǐng)回答下列問題．

（1）試劑A的化學(xué)式：

 

；固體C的化學(xué)式：

 

；操作I的名稱：

 

；
（2）請(qǐng)你按上述框圖形式進(jìn)一步完成由“溶液D”到“Al₂O₃”的流程（注明試劑、條件和操作）；為了分析某硫酸渣中鐵元素的含量，先將硫酸渣預(yù)處理，把鐵元素還原成Fe²⁺，再用KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液在酸性條件下進(jìn)行氧化還原滴定，反應(yīng)的離子方程式是：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺→5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O
（3）若用鐵粉還原Fe³⁺，測(cè)得的鐵元素的含量

 

（填“偏大”或“偏小”或“不變”）；如何確定Fe³⁺已全部被還原：

 

；
（4）判斷到達(dá)滴定終點(diǎn)的現(xiàn)象是

 

；
（5）某同學(xué)稱取2.000g硫酸渣，預(yù)處理后在容量瓶中配制成100mL溶液，移取25.00mL，試樣溶液，用1.000×10^-2mol/L KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定．達(dá)到滴定終點(diǎn)時(shí)，消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液10.00mL，則硫酸渣中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：流程分析：依據(jù)廢渣溶于過量鹽酸得到溶液B中含有溶質(zhì)為：MgCl₂、AlCl₃、FeCl₃和過量HCl；B溶液中加入氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)溶液PH=3.2后，生成氫氧化鐵沉淀；和濾液MgCl₂、AlCl₃和過量HCl；在加入過量氫氧化鈉溶液，過濾得到濾液中為NaCl，NaAlO₂；通入二氧化碳?xì)怏w生成氫氧化鋁沉淀，過濾得到氫氧化鋁沉淀，灼燒得到Al₂O₃；
（1）根據(jù)廢渣主要化學(xué)成分中SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃和MgO的性質(zhì)判斷應(yīng)加入過量鹽酸或稀硫酸，F(xiàn)e₂O₃堿性氧化物，Al₂O₃兩性氧化物、MgO堿性氧化物都溶于過量的酸，只有二氧化硅不溶，經(jīng)過濾后可分離；根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知調(diào)節(jié)溶液PH=3.2后，生成氫氧化鐵沉淀；
（2）依據(jù)流程圖畫出；
（3）若用鐵粉還原Fe³⁺，會(huì)引入更多的鐵元素，使測(cè)得的鐵元素的含量偏大；可根據(jù)Fe³⁺的性質(zhì)確定Fe³⁺是否已全部被還原；
（4）根據(jù)KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液本身就是一種指示劑；
（5）利用關(guān)系式法計(jì)算和質(zhì)量分?jǐn)?shù)的概念來(lái)分析．

解答： 解：依據(jù)廢渣溶于過量鹽酸得到溶液B中含有溶質(zhì)為：MgCl₂、AlCl₃、FeCl₃和過量HCl；B溶液中加入氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)溶液PH=3.2后，生成氫氧化鐵沉淀；和濾液MgCl₂、AlCl₃和過量HCl；在加入過量氫氧化鈉溶液，過濾得到濾液中為NaCl，NaAlO₂；通入二氧化碳?xì)怏w生成氫氧化鋁沉淀，過濾得到氫氧化鋁沉淀，灼燒得到Al₂O₃；
（1）廢渣主要化學(xué)成分為SiO₂（約45%）、Fe₂O₃（約40%）、Al₂O₃（約10%）和MgO（約5%）；加入過量鹽酸或稀硫酸，F(xiàn)e₂O₃堿性氧化物，Al₂O₃兩性氧化物、MgO堿性氧化物都溶于過量的酸，只有二氧化硅不溶，經(jīng)過濾后可分離；根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知調(diào)節(jié)溶液PH=3.2后，生成氫氧化鐵沉淀，
故答案為：HCl （H₂SO₄）；  Fe（OH）₃； 過濾；
（2）依據(jù)流程圖畫出；，
故答案為：；
（3）若用鐵粉還原Fe³⁺，會(huì)引入更多的鐵元素，使測(cè)得的鐵元素的含量偏大；可根據(jù)Fe³⁺的性質(zhì)確定Fe³⁺是否已全部被還原，
故答案為：偏大；取預(yù)處理后的溶液少許，加入KSCN溶液，若不出現(xiàn)血紅色，說(shuō)明Fe³⁺已全部被還原；
（4）因KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液本身就是一種指示劑，滴入最后一滴溶液變?yōu)樽仙��?br />故答案為：與滴下最后一滴KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)，溶液顏色變?yōu)樽霞t色，且在半分鐘內(nèi)不褪色；
（5）利用關(guān)系式法計(jì)算：
5Fe^{2+_～～～～}MnO₄^-
2×10^-5mol  1.000×10^-2mol?L^-1×0.01L×4
鐵元素的質(zhì)量為：2×10^-3mol×56g/mol=0.112 g；
鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

0.112g

2.000g

×100%=5.6%，
故答案為：5.6%．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了設(shè)計(jì)流程分離物質(zhì)，試劑選擇和反應(yīng)現(xiàn)象，反應(yīng)特征的應(yīng)用，滴定實(shí)驗(yàn)的終點(diǎn)判斷，滴定過程的計(jì)算應(yīng)用，題目難度中等．