Question

1．硫鐵礦燒渣是硫鐵礦生產(chǎn)硫酸過程中產(chǎn)生的工業(yè)廢渣（主要含F(xiàn)e₂O₃及少量SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO等雜質(zhì)）．用該燒渣制取藥用輔料--紅氧化鐵的工藝流程如下：

（1）在“還原焙燒”中產(chǎn)生的有毒氣體可能有CO、SO₂等．
（2）“酸浸”時間一般不超過20min，若在空氣中酸浸時間過長，溶液中Fe²⁺含量將下降，其原因用離子方程式表示：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O．
（3）根據(jù)下表數(shù)據(jù)：

氫氧化物	Al（OH）3	Mg（OH）2	Fe（OH）3	Fe（OH）2
開始沉淀的pH	3.10	8.54	2.01	7.11
完全沉淀的pH	4.77	11.04	3.68	9.61

在“除雜”步驟中，為除去Fe³⁺和Al³⁺，溶液的pH最大值應(yīng)小于7.11，當(dāng)pH=5時，溶液中c（Al³⁺）為2.0×10^-6mol•L^-1（已知常溫下K_sp[Al（OH）₃]=2.0×10^-33）．
（4）“中和合成”的目的是將溶液中Fe²⁺轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓醽嗚F沉淀，碳酸氫銨與硫酸亞鐵反應(yīng)的離子方程式為Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+CO₂↑+H₂O．若用等物質(zhì)的量的碳酸銨替代碳酸氫銨，則產(chǎn)品中可能混有的雜質(zhì)是CaO、MgO．
（5）A的操作是洗滌、干燥．
（6）m g燒渣經(jīng)過上述工藝可得紅氧化鐵n g．藥典標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，制得的紅氧化鐵中含氧化鐵不得少于98.0%，則所選用的燒渣中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)不低于$\frac{n×98%×56}{80m}$（用含m、n的表達(dá)式表示）．

Answer 1

分析 工業(yè)廢渣主要含F(xiàn)e₂O₃及少量SiO₂、A1₂O₃、CaO、MgO等雜質(zhì)，加煤燃燒可生成CO、SO₂等有毒氣體，加硫酸后只有二氧化硅不反應(yīng)，酸浸時間過長，溶液中Fe²⁺含量將下降，被氧化生成Fe³⁺，過濾除去二氧化硅，然后除雜時結(jié)合生成沉淀的pH可知，pH大于4.77，小于7.11時Fe³⁺和Al³⁺完全轉(zhuǎn)化為沉淀，而亞鐵離子沒有轉(zhuǎn)化為沉淀，“中和合成”的目的是將溶液中Fe²⁺轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓醽嗚F沉淀，過濾得到A為碳酸亞鐵，需要洗滌、干燥，然后加熱得到氧化鐵，
（1）加煤燃燒可生成CO、SO₂等有毒氣體；
（2）亞鐵離子被氧化為鐵離子，亞鐵離子含量降低；
（3）除去Fe³⁺和Al³⁺，依據(jù)圖表中沉淀所需PH分析判斷，常溫下K_sp[Al（OH）₃]=2.0×10^-33，則c（Al³⁺）=$\frac{Ksp[Al（OH）_{3}]}{c（O{H}^{-}）^{3}}$，據(jù)此計算；
（4）碳酸氫銨與硫酸亞鐵發(fā)生反應(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w和碳酸亞鐵沉淀；若用等物質(zhì)的量的碳酸銨替代碳酸氫銨，碳酸根離子過量，水解顯堿性，據(jù)此分析；
（5）A為碳酸亞鐵，需要洗滌、干燥；
（6）制得的紅氧化鐵中含氧化鐵不得少于98.0%，制取的紅氧化鐵ng中含有的鐵的物質(zhì)的量應(yīng)該大于：
$\frac{ng×98%}{160g/mol}$×2=$\frac{n×98%}{80}$mol，據(jù)此計算質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：（1）由上述分析可知，“還原焙燒”中產(chǎn)生的有毒氣體可能有CO、SO₂等，
故答案為：CO、SO₂等；
（2）在空氣中酸浸時間過長，溶液中Fe²⁺含量將下降，其原因是4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O；
故答案為：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O；
（3）由生成沉淀的pH可知，pH大于4.77，小于7.11時Fe³⁺和Al³⁺完全轉(zhuǎn)化為沉淀，而亞鐵離子沒有轉(zhuǎn)化為沉淀，則除去Fe³⁺和Al³⁺，溶液的pH最大值應(yīng)小于7.11；已知常溫下K_sp[Al（OH）₃]=2.0×10^-33，當(dāng)pH=5時，c（OH^-）=10^-9mol/L，溶液中c（Al³⁺）=$\frac{Ksp[Al（OH）_{3}]}{c（O{H}^{-}）^{3}}$=$\frac{2.0×1{0}^{-33}}{（1{0}^{-9}）^{3}}$=2.0×10^-6mol/L；
故答案為：7.11；2.0×10^-6；      
（4）硫酸亞鐵溶液與碳酸氫銨溶液混合后發(fā)生應(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w和碳酸亞鐵沉淀，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+CO₂↑+H₂O，若用等物質(zhì)的量的碳酸銨替代碳酸氫銨，碳酸根離子過量，水解顯堿性，將溶液中的鎂離子、鈣離子與亞鐵離子一同沉淀，煅燒沉淀所得的產(chǎn)品中混有CaO、MgO雜質(zhì)；
故答案為：Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+CO₂↑+H₂O；CaO、MgO；
（5）A為碳酸亞鐵，需要洗滌、干燥，然后加熱得到氧化鐵；
故答案為：洗滌、干燥；
（6）制得的紅氧化鐵中含氧化鐵不得少于98.0%，制取的紅氧化鐵ng中含有的鐵的物質(zhì)的量應(yīng)該大于：
$\frac{ng×98%}{160g/mol}$×2=$\frac{n×98%}{80}$mol，則所選用的燒渣中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)不低于：$\frac{n×98%×56}{80m}$；
故答案為：$\frac{n×98%×56}{80m}$．

點評 本題考查制備實驗方案的設(shè)計，為高頻考點，把握制備原理及實驗流程中的反應(yīng)、物質(zhì)的性質(zhì)等為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與實驗、計算能力的綜合考查，題目難度中等．