Question

硫酸渣是用黃鐵礦制造硫酸過程中排出的廢渣，主要化學成分為SiO₂：約45%，F(xiàn)e₂O₃：約40%，Al₂O₃：約10%，MgO：約5%．目前我國已經(jīng)在技術上取得突破--用硫酸渣煉鐵．
I．某學生探究性學習小組的同學設計了不同的方案，用化學基本知識進行金屬元素的提取實驗（已知25℃氫氧化鎂Ksp=5.6×10^-12；氫氧化鐵Ksp=3.5×10^-38；一水合氨電離常數(shù)K=1.8×10^-5，其飽和溶液中c（OH^-）約為1×10^-3mol?L^-1）．
方案一：

請回答：
（1）寫出固體E的化學式：______．
（2）試劑①是______
A．氫氧化鈉　　B．氧化鋁　　　C．氨水　　D．水
（3）若要準確測定溶液的pH是否達到3.7，下列物品中可供使用的是______
A．石蕊試液　　B．廣泛pH試紙　C．精密pH試紙　D．pH計
（4）溶液H中溶質(zhì)的化學式：______
（5）要將固體C、固體E和固體G都轉(zhuǎn)化為相應的穩(wěn)定的氧化物，需進行的實驗操作為______．
（6）若不考慮溶液體積的變化，請計算溶液H中c（Mg²⁺）=______．
方案二：

請回答：
（7）此方案的主要問題有：______
（8）寫出由溶液M→固體乙這個過程中，最主要化學反應的離子方程式：______
II．為了分析某硫酸渣中鐵元素的含量，先將硫酸渣預處理，把鐵元素還原成Fe²⁺，再用KMnO₄標準溶液在酸性條件下進行氧化還原滴定，反應的離子方程式是：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O．
（1）判斷到達滴定終點的現(xiàn)象是______．
（2）某同學稱取2.000g硫酸渣，預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^-1KMnO₄標準溶液滴定．達到滴定終點時，消耗標準溶液10.00mL，則殘留物中鐵元素的質(zhì)量分數(shù)是______．

Answer 1

解：I．根據(jù)硫酸渣的成分為SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO，當向硫酸渣中加過量鹽酸時，二氧化硅和鹽酸不反應，所以固體A是二氧化硅，氧化鐵、氧化鋁、氧化鎂和鹽酸反應，所以溶液B的溶質(zhì)是氯化鎂、氯化鐵、氯化鋁、鹽酸（過量）；向溶液B中加試劑①并調(diào)節(jié)溶液的pH值為3.7，結(jié)合題意溶液pH=3.7時Fe³⁺已經(jīng)沉淀完全知，試劑①是能和氯化鐵反應生成沉淀的物質(zhì)且和鋁離子反應沒有沉淀生成，所以試劑①只能是強堿溶液，固體C是氫氧化鐵；向溶液D中加入試劑①并調(diào)節(jié)溶液的pH值為13，溶液呈強堿性溶液，鋁元素在溶液中以偏鋁酸根離子存在，鎂離子和氫氧根離子生成氫氧化鎂沉淀，所以固體E是氫氧化鎂；溶液F的溶質(zhì)含有偏鋁酸鈉和氯化鈉，向F溶液中通入過量二氧化碳氣體，偏鋁酸鈉和二氧化碳反應生成氫氧化鋁沉淀，所以G是氫氧化鋁，
（1）固體E是氫氧化鎂，故答案為：Mg（OH）₂；
（2）試劑①是強堿溶液，故選：A；
（3）因PH值精確到小數(shù)點后一位，而石蕊試液測得的PH值在一個范圍內(nèi)，廣泛pH試紙測得的PH值是一個整數(shù)，精密pH試紙、pH計均可準確到小數(shù)點后一位，故選：CD；
（4）溶液F的溶質(zhì)含有偏鋁酸鈉和氯化鈉，向F溶液中通入過量二氧化碳氣體，偏鋁酸鈉和二氧化碳反應生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，故答案為：NaCl、NaHCO₃；
（5）固體C是氫氧化鐵，固體E是氫氧化鎂，固體G是氫氧化鋁，加熱均可分解得到對應的氧化物，故答案為：灼燒；
（6）因溶液的PH值為13，C（OH^-）=10^-1mol?L^-1，Ksp=C（Mg²⁺）×C²（OH^-）=C（Mg²⁺）×10^-2=5.6×10^-12，所以C（Mg²⁺）=5.6×10^-10 mol?L^-1，故答案為：5.6×10^-10 mol?L^-1；
（7）①產(chǎn)品不純，最后產(chǎn)物中大多數(shù)是二氧化硅；②步驟多試劑消耗題量大，故答案為：①產(chǎn)品不純，最后產(chǎn)物中大多數(shù)是二氧化硅；②步驟多試劑消耗題量大；
（8）溶液主要含有硅酸鈉，硅酸鈉和二氧化碳反應生成硅酸沉淀和碳酸氫鈉，方程式為：Na₂SiO₃+2CO₂+2H₂O=H₂SiO₃↓+2NaHCO₃，故答案為：SiO₃^2-+2CO₂+2H₂O=H₂SiO₃↓+2HCO₃^2-；
II．（1）因KMnO₄標準溶液本身就是一種指示劑，故答案為：與滴下最后一滴KMnO₄標準溶液時，溶液顏色變?yōu)樽霞t色，且在半分鐘內(nèi)不褪色；
（2）利用關系式法計算：
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=1.12×10^-1g，鐵元素的質(zhì)量分數(shù)為 ×100%=5.6%，故答案為：5.6%．
分析：I．根據(jù)硫酸渣的成分為SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO，當向硫酸渣中加過量鹽酸時，二氧化硅和鹽酸不反應，所以固體A是二氧化硅，氧化鐵、氧化鋁、氧化鎂和鹽酸反應，所以溶液B的溶質(zhì)是氯化鎂、氯化鐵、氯化鋁、鹽酸（過量）；向溶液B中加試劑①并調(diào)節(jié)溶液的pH值為3.7，結(jié)合題意溶液pH=3.7時Fe³⁺已經(jīng)沉淀完全知，試劑①是能和氯化鐵反應生成沉淀的物質(zhì)且和鋁離子反應沒有沉淀生成，所以試劑①只能是強堿溶液，固體C是氫氧化鐵；向溶液D中加入試劑①并調(diào)節(jié)溶液的pH值為13，溶液呈強堿性溶液，鋁元素在溶液中以偏鋁酸根離子存在，鎂離子和氫氧根離子生成氫氧化鎂沉淀，所以固體E是氫氧化鎂；溶液F的溶質(zhì)含有偏鋁酸鈉和氯化鈉，向F溶液中通入過量二氧化碳氣體，偏鋁酸鈉和二氧化碳反應生成氫氧化鋁沉淀，所以G是氫氧化鋁，
（1）固體E是氫氧化鎂；
（2）試劑①是強堿溶液；
（3）根據(jù)pH值精確到小數(shù)點后一位；
（4）溶液F的溶質(zhì)含有偏鋁酸鈉和氯化鈉；
（5）根據(jù)難溶性堿加熱分解；
（6）根據(jù)氫氧化鎂Ksp=5.6×10^-12來計算；
根據(jù)硫酸渣的成分為SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO，當向硫酸渣中加過量氫氧化鈉時，F(xiàn)e₂O₃、MgO和氫氧化鈉不反應，所以固體甲是Fe₂O₃、MgO，SiO₂、Al₂O₃和氫氧化鈉反應，所以溶液M的溶質(zhì)是硅酸鈉、偏鋁酸鈉、氫氧化鈉（過量）；向溶液M中通入過量二氧化碳氣體，硅酸鈉、偏鋁酸鈉、氫氧化鈉都與二氧化碳反應，所以固體乙是硅酸、氫氧化鋁，進行加熱得到二氧化硅和氧化鋁．
（7）根據(jù)產(chǎn)物和消耗的原料來分析；
（8）溶液主要含有硅酸鈉；
II．（1）根據(jù)KMnO₄標準溶液本身就是一種指示劑；
（2）利用關系式法計算和質(zhì)量百分數(shù)的概念來分析．
點評：本題考查了物質(zhì)的分離、提純的方法選擇及應用，實驗方案設計和評價，題目難度較大，明確各物質(zhì)的性質(zhì)是解本題的關鍵，本題注意關系式法的利用．