Question

15．某科研人員設計出將硫酸渣（主要成分Fe₂O₃，含有少量的SiO₂等雜質）再利用的流程．如圖1的流程中的濾液經過多次循環(huán)后用來后續(xù)制備氧化鐵粉末．

（1）為了加快反應①的反應速率，可采用的措施是將硫酸渣粉碎、適當增大硫酸的濃度、升高溫度、攪拌等．（寫出一點即可）
（2）“還原”是將Fe³⁺轉化為Fe²⁺．在溫度T₁、T₂（T₁＞T₂）
下進行該反應，通過檢測相同時間內溶液的pH，繪制pH隨時間
的變化曲線如圖2所示．得出結論：該反應的溫度不宜過高．
①通入SO₂氣體“還原”時，試解釋pH下降的原因是Fe³⁺將SO₂的水溶液（H₂SO₃）氧化為H₂SO₄．
②相同時間內，T₁溫度下溶液的pH更高的原因是溫度過高，SO₂的溶解度下降．
（3）該流程中循環(huán)使用的物質是H₂SO₄．
（4）為測定反應①后溶液中Fe³⁺的濃度以控制加入SO₂的量．實驗步驟為：準確量取20.00ml的反應后溶液，稀釋成100mL溶液，取10.00mL溶液，加入足量的KI晶體和2～3滴淀粉溶液，用0.50mol/L的Na₂S₂O₃溶液與碘反應，當反應恰好完全進行時，共消耗Na₂S₂O₃溶液20.00mL．有關反應方程式如下：
2Fe³⁺+2I^-=2Fe²⁺+I₂；   2Na₂S₂O₃+I₂=Na₂S₄O₆+2NaI
試計算原溶液中Fe³⁺的物質的量濃度（寫出計算過程）．

Answer 1

分析 本題以主要成分Fe₂O₃，含有少量的SiO₂等雜質的硫酸渣為原料制備氧化鐵粉末的實驗設計，主要考查的是酸溶過程即用稀硫酸溶解氧化鐵，再利用三價鐵的氧化性氧化通入溶液中的SO₂氣體，得到硫酸和二價鐵，涉及氧化還原反應的分析及數(shù)據(jù)處理．
（1）可結合影響反應速率的因素去考慮提高反應①的反應速率的方法；
（2）①在含有三價鐵的溶液里通入SO₂氣體，發(fā)生的反應為2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺，根據(jù)反應原理分析溶液pH下降的原因；
②可參考溫度對對氣體溶解度的影響去考慮；
（3）流程度中箭頭的指向可看出，最后過濾后的濾液中的硫酸可重新加入?yún)⒓臃磻�①，可見是可循環(huán)利用的物質；
（4）參照滴定原理及2Fe³⁺+2I^-=2Fe²⁺+I₂、2Na₂S₂O₃+I₂=Na₂S₄O₆+2NaI建立Fe³⁺與Na₂S₂O₃的關系式進行計算．

解答 解：（1）結合影響反應速率的因素，固體在酸溶時，可通過固體粉碎、升高溫度、攪拌、提高硫酸的濃度來提高反應速率，
故答案為：將硫酸渣粉碎、適當增大硫酸的濃度、升高溫度、攪拌等；
（2）①Fe³⁺將SO₂的水溶液（H₂SO₃）氧化為H₂SO₄，故溶液的pH會逐漸減少，也就是溶液的酸性增強，
故答案為：Fe³⁺將SO₂的水溶液（H₂SO₃）氧化為H₂SO₄；              
②溫度升高，可以加快反應速率，但氣體的溶解度卻減小了，參加反應的SO2的量減少，故相同時間內，T₁溫度下溶液的pH更高，
故答案為：溫度過高，SO₂的溶解度下降；
（3）從流程圖中可看出，可循環(huán)利用的物質是H₂SO₄，
故答案為：H₂SO₄；
（4）由反應式可得關系：Fe³⁺～Na₂S₂O₃，n（Fe³⁺）=n（Na₂S₂O₃）=20.00×10^-3 L×0.50mol/L×10=0.1 mol，
∴c（Fe³⁺）=$\frac{0.1mol}{20.00×10{\;}^{-3}L}$=5.0mol/L，
答：原溶液鐵離子濃度為5.0mol/L．

點評 本題考查利用氧化還原反應的理論分析實驗原理，涉及影響反應速率的因素及滴定原理的數(shù)據(jù)處理，難度中等．