Question

以黃鐵礦為原料制硫酸產(chǎn)生的硫酸渣中含F(xiàn)e₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等．實驗室模擬工業(yè)以硫酸渣制備鐵紅（Fe₂O₃），過程如下：

（1）硫酸渣的成分中屬于兩性氧化物的是

 

，寫出酸溶過程Fe₂O₃與稀硫酸反應的離子反應方程式：

 

；
（2）生產(chǎn)過程中，為了確保鐵紅的純度，氧化過程需要調節(jié)溶液的pH的范圍是

 

；（部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH見下表）

沉淀物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Fe（OH）2	Mg（OH）2
開始沉淀	2.7	3.8	7.5	9.4
完全沉淀	3.2	5.2	9.7	12.4

（3）濾渣A的主要成分為

 

，濾液B可以回收的物質有Na₂SO₄、MgSO₄和

 

；
（4）已知硫酸渣質量為w kg，假設鐵紅制備過程中，鐵元素損耗25%，最終得到鐵紅的質量為m kg，則原來硫酸渣中鐵元素質量分數(shù)為

 

（用最簡分數(shù)表達式表示）．

Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用

專題：實驗設計題

分析：根據(jù)流程可知，硫酸渣中含F(xiàn)e₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等，稀硫酸溶解主要除去不與酸反應的SiO₂，再加氫氧化鈉調節(jié)PH值3.2～3.8主要是使三價鐵沉淀，而二價鎂，三價鋁都不沉淀而被除去，最后洗滌、烘干、研磨使氫氧化鐵分解生成氧化鐵，從而得到實驗目的，
（1）氧化鋁是兩性氧化物，氧化鐵是堿性氧化物，可以和酸反應生成鹽和水；
（2）根據(jù)幾種離子沉淀的pH，應選擇使Fe³⁺沉淀完全而其他離子不沉淀；
（3）二氧化硅不和酸反應；因加入的是氫氧化鈉來調節(jié)pH，所以濾液B中應是未沉淀離子的硫酸鹽和硫酸鈉；
（4）根據(jù)鐵元素質量分數(shù)=

mFe

m總

×100%計算原來硫酸渣中鐵元素質量分數(shù)．

解答： 解：根據(jù)圖示流程可知：硫酸渣中含F(xiàn)e₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等，稀硫酸溶解主要除去不與酸反應的SiO₂，再加氫氧化鈉調節(jié)PH值3.2～3.8主要是使三價鐵沉淀，而二價鎂，三價鋁都不沉淀而被除去，最后洗滌、烘干、研磨使氫氧化鐵分解生成氧化鐵，從而得到實驗目的，
（1）氧化鋁是兩性氧化物；氧化鐵是堿性氧化物，可以和硫酸反應生成硫酸鐵和水，離子方程式為Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O，
故答案為：Al₂O₃；Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O；
（2）根據(jù)幾種離子沉淀的pH，使Fe³⁺沉淀完全的pH為3.2，其他離子開始沉淀pH為3.8，因此所選pH因介于3.2和3.8之間，
故答案為：3.2～3.8；
（3）因二氧化硅不與硫酸反應，故“濾渣A”主要成份的化學式為SiO₂；未沉淀的離子為Na⁺、Mg²⁺、Al³⁺，故濾液B可以回收的物質有Na₂SO₄、Al₂（SO₄）₃、MgSO₄，
故答案為：SiO₂；Al₂（SO₄）₃；
（4）根據(jù)鐵原子守恒，則原來硫酸渣中鐵元素質量分數(shù)為：

mFe

m總

×100%=

mkg× 112 160

wkg×(1-25%)

×100%=

14m

15w

，
故答案為：

14m

15w

．

點評：本題通過制備鐵紅，考查了物質制備方案的設計及化學實驗基本操作方法的綜合應用，題目難度中等，試題綜合性較強，明確制備流程及化學實驗基本操作方法為解答關鍵，試題充分考查了學生的分析、理解能力及化學實驗、化學計算能力．