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(shí)驗(yàn)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(yīng)的離子反應(yīng)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(diào)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(shí)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(zhì)有Na₂SO₄、MgSO₄和

 

；
（4）已知硫酸渣質(zhì)量為w kg，假設(shè)鐵紅制備過程中，鐵元素?fù)p耗25%，最終得到鐵紅的質(zhì)量為m kg，則原來硫酸渣中鐵元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

 

（用最簡分?jǐn)?shù)表達(dá)式表示）．

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：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(yīng)的SiO₂，再加氫氧化鈉調(diào)節(jié)PH值3.2～3.8主要是使三價(jià)鐵沉淀，而二價(jià)鎂，三價(jià)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(shí)驗(yàn)?zāi)康模?br />（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(yīng)生成鹽和水；
（2）根據(jù)幾種離子沉淀的pH，應(yīng)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(yīng)；因加入的是氫氧化鈉來調(diào)節(jié)pH，所以濾液B中應(yīng)是未沉淀離子的硫酸鹽和硫酸鈉；
（4）根據(jù)鐵元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)=

mFe

m總

×100%計(jì)算原來硫酸渣中鐵元素質(zhì)量分?jǐn)?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(yīng)的SiO₂，再加氫氧化鈉調(diào)節(jié)PH值3.2～3.8主要是使三價(jià)鐵沉淀，而二價(jià)鎂，三價(jià)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(shí)驗(yàn)?zāi)康模?br />（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(yīng)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(yīng)，故“濾渣A”主要成份的化學(xué)式為SiO₂；未沉淀的離子為Na⁺、Mg²⁺、Al³⁺，故濾液B可以回收的物質(zhì)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(zhì)量分?jǐn)?shù)為：

mFe

m總

×100%=

mkg× 112 160

wkg×(1-25%)

×100%=

14m

15w

，
故答案為：

14m

15w

．

點(diǎn)評：本題通過制備鐵紅，考查了物質(zhì)制備方案的設(shè)計(jì)及化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作方法的綜合應(yīng)用，題目難度中等，試題綜合性較強(qiáng)，明確制備流程及化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作方法為解答關(guān)鍵，試題充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化學(xué)計(jì)算能力．