Question

8．硫鐵礦（主要成分為FeS₂）在空氣中高溫煅燒可得SO₂和Fe₂O₃，是我國硫酸工業(yè)的主要原料．某化學研究小組擬在實驗室利用硫鐵礦煅燒所得殘渣（主要成分為Fe₂O₃，還含少量的SiO₂，Al₂O₃，其余雜質不參予反應），制取顏料鐵紅（Fe₂O₃）．設計工藝流程如下：
查閱資料：
Ⅰ部分金屬離子發(fā)生沉淀的pH：

金屬離子	Fe3+	Al3+	Fe2+
開始沉淀的pH	2.2	3.1	7.5
完全沉淀的pH	3.5	5.4	9.5

Ⅱ“中和合成”時發(fā)生的主要反應為：Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+CO₂↑+H₂O．
請根據(jù)以上工藝流程及提供的信息，回答下列問題：
（1）氣體Ⅰ的主要成分為H₂（填化學式，下同）；濾渣Ⅱ的主要成分為Al（OH）₃、Fe（OH）₃．
（2）操作X為洗滌（填操作名稱）．
（3）向濾液Ⅰ中加入適量氨水，其目的是調節(jié)溶液的pH到5.4～7.5之間．
（4）在“酸浸”過程中，若在空氣中“酸浸”時間過長，溶液中Fe²⁺含量將下降，其原因是（用離子方程式表示）：4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O．
（5）為測定濾液Ⅰ中的Fe²⁺的含量，實驗室中常用酸性高錳酸鉀溶液進行滴定，該反應的離子方程式為：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺═Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O；取20.00mL濾液Ⅰ于錐形瓶中，用0.1mol/L酸性高錳酸鉀溶液滴定到終點時消耗了標準酸性高錳酸鉀溶液12.00mL，則濾液Ⅰ中c（Fe²⁺）=0.3mol/L．

Answer 1

分析 硫鐵礦煅燒所得殘渣加入碳粉焙燒，還原得到Fe、Si，再用硫酸浸取，Si不反應，F(xiàn)e與硫酸反應得到氣體I為氫氣，氧化鋁與硫酸反應生成硫酸鋁，過濾除去Si，濾液中含有硫酸亞鐵、硫酸鋁，F(xiàn)e²⁺易被氧氣氧化，濾液中含有Fe³⁺，再調節(jié)溶液pH使Al³⁺轉化為Al（OH）₃沉淀、Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀，過濾除去，濾液中加入碳酸氫銨得到FeCO₃沉淀，過濾、洗滌、煅燒FeCO₃得到氧化鐵．
（1）氣體Ⅰ的主要成分為氫氣，濾渣Ⅱ的主要成分為氫氧化鋁、氫氧化鐵；
（2）操作X為洗滌；
（3）調節(jié)溶液的pH使Al³⁺、Fe³⁺轉化為沉淀，而Fe²⁺不能沉淀；
（4）Fe²⁺易被氧氣氧化；
（5）反應離子方程式為：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺═Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，根據(jù)方程式計算n（Fe²⁺），進而計算c（Fe²⁺）．

解答 解：硫鐵礦煅燒所得殘渣加入碳粉焙燒，還原得到Fe、Si，再用硫酸浸取，Si不反應，F(xiàn)e與硫酸反應得到氣體I為氫氣，氧化鋁與硫酸反應生成硫酸鋁，過濾除去Si，濾液中含有硫酸亞鐵、硫酸鋁，F(xiàn)e²⁺易被氧氣氧化，濾液中含有Fe³⁺，再調節(jié)溶液pH使Al³⁺轉化為Al（OH）₃沉淀、Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀，過濾除去，濾液中加入碳酸氫銨得到FeCO₃沉淀，過濾、洗滌、煅燒FeCO₃得到氧化鐵．
（1）氣體Ⅰ的主要成分為H₂，濾渣Ⅱ的主要成分為Al（OH）₃、Fe（OH）₃，
故答案為：H₂；Al（OH）₃、Fe（OH）₃；
（2）操作X是洗去FeCO₃表面附著的雜質，應為洗滌，
故答案為：洗滌；
（3）調節(jié)溶液的pH使Al³⁺、Fe³⁺轉化為沉淀，而Fe²⁺不能沉淀，應可知pH再5.4～7.5之間，
故答案為：5.4～7.5；
（4）在空氣中“酸浸”時間過長，溶Fe²⁺被氧氣氧化Fe³⁺，導致溶液中Fe²⁺含量將下降，反應的離子方程式為：4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O；
（5）反應離子方程式為：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺═Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，則n（Fe²⁺）=5n（MnO₄^-）=5×0.10mol/L×0.012L=0.0060mol，故c（Fe²⁺）=$\frac{0.006mol}{0.02L}$=0.3mol/L，
故答案為：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺═Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O；0.3．

點評 本題考查物質制備工藝流程，關鍵是明確工藝流程，熟練掌握元素化合物性質，側重考查物質的分離提純、學生分析能力，難度較大．