Question

16．鐵是廣泛應用的金屬．
（1）鐵元素在周期表中的位置是第四周期第VIII族，工業(yè)上通常采用高爐煉鐵的方法制得單質(zhì)鐵，請寫出用赤鐵礦與CO反應煉鐵的化學方程式3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
（2）請補充完成實驗室制備Fe（OH）₃膠體的操作步驟：
①取25ml蒸餾水加熱至沸騰       
②向沸水中逐滴加入5-6滴FeCl₃飽和溶液
③繼續(xù)煮沸至液體呈紅褐色   
 ④停止加熱．
粉煤灰中含有SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃等，某實驗室對其進行處理的流程如圖所示：

回答下列問題：
（3）第①步得到的“熟料”中可溶性的成分主要是NH₄Fe（SO₄）₂、NH₄Al（SO₄）₂等，寫出生成NH₄Fe（SO₄）₂的化學方程式Fe₂O₃+4NH₄HSO₄$\frac{\underline{\;400℃\;}}{\;}$2 NH₄Fe（SO₄）₂+2NH₃↑+3H₂O．
在物質(zhì)分類體系中，NH₄Fe（SO₄）₂、NH₄Al（SO₄）₂不屬于d（填字母）．
a．硫酸鹽   b．復鹽   c．強電解質(zhì)   d．共價化合物
（4）濾渣B的主要成分為SiO₂，其與NaOH溶液反應的離子方程式為SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O．
（5）已知K_SP[Fe（OH）₃]=4×10^-38，K_SP[Al（OH）₃]=1×10^-33．為實現(xiàn)步驟③的實驗目的，應使溶液中c（Fe³⁺）、c（Al³⁺）均小于或等于1×10^-9 mol•L^-1可認為完全沉淀，則溶液A至少應調(diào)節(jié)到pH=6；用NH₄HCO₃調(diào)節(jié)pH的實驗原理為（用離子方程式表示）H⁺+HCO₃^-=H₂O+CO₂↑．
（6）實驗室進行第④步操作時，所需的儀器是酒精燈、石棉網(wǎng)、三腳架、玻璃棒、蒸發(fā)皿，得到的晶體主要成份是（NH₄）₂SO₄（填化學式）．第⑤步所加試劑D是NaOH溶液；第⑥步生成Al（OH）₃的離子方程式為[Al（OH）₄]^-+CO₂+H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．

Answer 1

分析 （1）Fe位于第四周期第VIII族，高溫條件下，氧化鐵和CO發(fā)生氧化還原反應生成Fe和二氧化碳；
（2）制備Fe（OH）₃膠體的步驟是：向沸水中逐滴加入飽和的氯化鐵溶液，繼續(xù)煮沸至溶液變?yōu)榧t褐色即停止加熱，即得Fe（OH）₃膠體；
   粉煤灰中含有SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃等，加入硫酸氫銨加熱，第①步得到的“熟料”中可溶性的成分主要是NH₄Fe（SO₄）₂、NH₄Al（SO₄）₂等，則Al₂O₃、Fe₂O₃都和硫酸氫銨反應，同時還有氨氣生成，得到熟料；熟料水浸后過濾得到濾渣為SiO₂，濾液中含有NH₄Fe（SO₄）₂、NH₄Al（SO₄）₂等，向濾液中加入碳酸氫銨調(diào)節(jié)溶液的pH，過濾，得到氫氧化鋁、氫氧化鐵沉淀，同時得到濾液C，濾液C中含有硫酸銨，蒸發(fā)結晶得到硫酸銨晶體；
氫氧化鋁能溶于強堿溶液而氫氧化鐵不溶于強堿，所以試劑D為NaOH，得到的濾液中含有偏鋁酸鈉和NaOH，向濾液E中通入過量二氧化碳，二氧化碳和偏鋁酸鈉反應生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，過濾得到氫氧化鋁沉淀；
（3）第①步得到的“熟料”中可溶性的成分主要是NH₄Fe（SO₄）₂、NH₄Al（SO₄）₂等，氧化鋁和硫酸氫銨反應生成NH₄Fe（SO₄）₂、氨氣和水；
在物質(zhì)分類體系中，NH₄Fe（SO₄）₂、NH₄Al（SO₄）₂屬于硫酸鹽、復鹽，且離子化合物，且為強電解質(zhì)；
（4）濾渣B的主要成分為二氧化硅，二氧化硅和NaOH溶液反應生成硅酸鈉和水；
（5）根據(jù)K_SP[Al（OH）₃]=1×10^-33；c（Al³⁺）均小于或等于1×10^-9 mol•L^-1可認為完全沉淀，此時c（OH^-）=$\root{3}{\frac{1×1{0}^{-33}}{1×1{0}^{-9}}}$=1×10^-8；在酸性溶液中，H⁺+HCO₃^-=H₂O+CO₂↑；
（6）實驗室進行第④步操作時，濾液C得到硫酸銨，所需的儀器是酒精燈、石棉網(wǎng)、三腳架、玻璃棒、蒸發(fā)皿；第⑤步所加試劑NaOH，生成四羥基合鋁酸根離子，第⑥步通入過量二氧化碳生成Al（OH）₃．

解答 解：（1）鐵在元素周期表中處于第四周期、第VIII族； 赤鐵礦的主要成分是Fe₂O₃，可知赤鐵礦與CO反應煉鐵的化學方程式為3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂，
故答案為：第四周期第VIII族；3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（2）制備Fe（OH）₃膠體的步驟是：向沸水中逐滴加入飽和的氯化鐵溶液，繼續(xù)煮沸至溶液變?yōu)榧t褐色即停止加熱，即得Fe（OH）₃膠體，
故答案為：②向沸水中逐滴加入5-6滴FeCl₃飽和溶液；③液體呈紅褐色；
  粉煤灰中含有SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃等，加入硫酸氫銨加熱，第①步得到的“熟料”中可溶性的成分主要是NH₄Fe（SO₄）₂、NH₄Al（SO₄）₂等，則Al₂O₃、Fe₂O₃都和硫酸氫銨反應，同時還有氨氣生成，得到熟料；熟料水浸后過濾得到濾渣為SiO₂，濾液中含有NH₄Fe（SO₄）₂、NH₄Al（SO₄）₂等，向濾液中加入碳酸氫銨調(diào)節(jié)溶液的pH，過濾，得到氫氧化鋁、氫氧化鐵沉淀，同時得到濾液C，濾液C中含有硫酸銨，蒸發(fā)結晶得到硫酸銨晶體；
氫氧化鋁能溶于強堿溶液而氫氧化鐵不溶于強堿，所以試劑D為NaOH，得到的濾液中含有偏鋁酸鈉和NaOH，向濾液E中通入過量二氧化碳，二氧化碳和偏鋁酸鈉反應生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，過濾得到氫氧化鋁沉淀；
（3）第①步得到的“熟料”中可溶性的成分主要是NH₄Fe（SO₄）₂、NH₄Al（SO₄）₂等，氧化鋁和硫酸氫銨反應生成NH₄Fe（SO₄）₂、氨氣和水，反應方程式為Fe₂O₃+4NH₄HSO₄$\frac{\underline{\;400℃\;}}{\;}$2 NH₄Fe（SO₄）₂+2NH₃↑+3H₂O；
在物質(zhì)分類體系中，NH₄Fe（SO₄）₂、NH₄Al（SO₄）₂屬于硫酸鹽、復鹽，且離子化合物，且為強電解質(zhì)，所以不屬于共價化合物，
故答案為：Fe₂O₃+4NH₄HSO₄$\frac{\underline{\;400℃\;}}{\;}$2 NH₄Fe（SO₄）₂+2NH₃↑+3H₂O；d；
（4）濾渣B的主要成分為SiO₂，二氧化硅和NaOH溶液反應生成硅酸鈉和水，離子方程式為SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O，
故答案為：SiO₂；SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O；
（5）根據(jù)K_SP[Al（OH）₃]=1×10^-33；c（Al³⁺）均小于或等于1×10^-9 mol•L^-1可認為完全沉淀，此時c（OH^-）=$\root{3}{\frac{1×1{0}^{-33}}{1×1{0}^{-9}}}$=1×10^-8，溶液中氫離子濃度=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-8}}$mol/L=10^-6 mol/L，則溶液的pH=6，
在酸性溶液中，離子方程式為H⁺+HCO₃^-=H₂O+CO₂↑；
故答案為：6；H⁺+HCO₃^-=H₂O+CO₂↑；
（6）實驗室進行第④步操作時，濾液C得到硫酸銨，所需的儀器是酒精燈、石棉網(wǎng)、三腳架、玻璃棒、蒸發(fā)皿；第⑤步所加試劑NaOH，生成四羥基合鋁酸根離子，第⑥步生成Al（OH）₃的離子方程式為[Al（OH）₄]^-+CO₂+H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案為：玻璃棒；蒸發(fā)皿；（NH₄）₂SO₄；NaOH溶液；[Al（OH）₄]^-+CO₂+H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．

點評 本題考查化學工業(yè)流程，為高頻考點，側重考查學生對流程圖整體把握、對元素化合物性質(zhì)的靈活應用、對基本實驗操作掌握，明確元素化合物性質(zhì)、物質(zhì)分離提純方法等知識點是解本題關鍵，題目難點中等．