Question

【題目】利用硫鐵礦燒渣(主要成分為Fe2O3，還含有少量Al2O3、 MgO、SiO2等雜質(zhì))制備鐵紅工藝流程如下:

回答下列問題:

(1)還原焙燒后，F(xiàn)e元素的化合價為__________。

(2)“酸浸”實(shí)驗中，需加入絮凝劑沉淀雜質(zhì)。絮凝劑用量和過濾時間對鐵紅成份的影響如下表所示。由表可知，所采用的最佳實(shí)驗條件為__________（填序號）。

序號	絮凝劑用量/×10-6t	過濾時間/min	Fe2O3含量%	SiO2含量%
①	40	5	96.5	0.12
②	50	10	97.9	0.10
③	60	20	98.3	0.07
④	100	40	99.4	0.01
⑤	150	150	99.5	0.008

(3)若“合成”中c(Mg2+)=0.01mol/L，加入NH4HCO3(設(shè)溶液體積增加1倍)，當(dāng)Fe2+恰好沉淀完全時，溶液中c(Fe2+)=1.0×10－5mol/L，此時是否有MgCO3沉淀生成？__________(列式計算)。FeCO3、MgCO3的Ksp分別為3.2×10－11、3.0×10－8。

(4)“合成”過程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_____________。

(5)“合成”過程中溫度對亞鐵離子轉(zhuǎn)化率的影響如下圖，分析選擇反應(yīng)溫度為40℃的原因是________。

(6)“煅燒”中由FeCO3制備Fe2O3的化學(xué)方程式為________。

(7)本流程中，鋁元素是以________(填化學(xué)式)形式被除去的。

Answer 1

【答案】 +2 ④ 無沉淀生成 c(CO32-)=Ksp(FeCO3)/c(Fe2+)=3.2×10-11/10-5=3.2×10-6 (1分)

Q= c(CO32-)×c(Mg2+)=3.2×10-6×0.01/2< Ksp(MgCO3) Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+H2O+CO2↑ 溫度低于40℃，亞鐵離子轉(zhuǎn)化率較低。溫度高于40℃，亞鐵離子轉(zhuǎn)化率變化不大。溫度過高，碳酸氫銨易分解 4FeCO3 +O22Fe2O3+ 4CO2 Al(OH)3

【解析】考查化學(xué)工藝流程，（1）根據(jù)金屬的冶煉，炭黑能夠還原Fe2O3，因為酸浸中加入硫酸，如果還原時鐵元素轉(zhuǎn)化成鐵單質(zhì)，會與硫酸反應(yīng)生成H2，H2可燃性氣體，可能發(fā)生危險，因此還原焙燒后，鐵元素的化合價為＋2價；（2）由表中數(shù)據(jù)可得雖然絮凝劑用量越多、過濾時間越長，Fe2O3含量越高、SiO2含量越低，但是1.0×10-4t、40min條件與1.5×10-4t、150min條件相比，前者Fe2O3含量只比后者低0.1個百分點(diǎn)，SiO2含量高0.002個百分點(diǎn)，而絮凝劑用量和過濾時間，前者比后者明顯少，所以應(yīng)選擇最佳實(shí)驗條件為④；（3）c(CO32-)=Ksp(FeCO3)/c(Fe2+)=3.2×10-11/10-5=3.2×10-6 ，Q= c(CO32-)×c(Mg2+)=3.2×10-6×0.01/2< Ksp(MgCO3) ，因此無沉淀產(chǎn)生；（4）結(jié)合流程并根據(jù)題意，向含Fe2+的溶液中加入NH4HCO3，生成了FeCO3沉淀，根據(jù)原子守恒和電荷守恒，還應(yīng)生成H2O和CO2，故“合成”過程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+H2O+CO2↑；（5）根據(jù)圖像，溫度低于40℃，亞鐵離子轉(zhuǎn)化率較低。溫度高于40℃，亞鐵離子轉(zhuǎn)化率變化不大；溫度過高，碳酸氫銨易分解；（6）在空氣中煅燒FeCO3，FeCO3分解，+2價鐵會被氧化成+3價鐵的化合物，所以生成物為：Fe2O3和CO2，故“煅燒”中由FeCO3制備Fe2O3的化學(xué)方程式為：4FeCO3+O22Fe2O3+4CO2；（7）本流程中酸浸時Al2O3轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>Al3+，加NH4HCO3時，Al3+會與HCO3-發(fā)生雙水解轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>Al(OH)3，由此可得鋁元素是以Al(OH)3形式被除去的。