Question

1．某研究性学习小组欲由硫铁矿烧渣（主要成分为Fe、Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃ ）制备绿矾（FeSO₄•7H₂O），并测定烧渣中铁元素的含量，流程图如下：

（1）操作a的名称是过滤．
（2）加入足量试剂X后，发生反应的离子方程式为Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O、SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O．
（3）向溶液2中滴加KSCN溶液，无明显现象．向固体中加入足量稀硫酸后，发生氧化还原反应的离子方程式是Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺、Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑．
（4）硫铁矿烧渣中铁元素的质量分数为11.2%．

Answer 1

分析 硫铁矿烧渣的主要成分为Fe、Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃，根据图示可知，足量的试剂X用于除去二氧化硅和氧化铝，然后用足量稀硫酸溶解铁和氧化铁，所以试剂X应该为NaOH溶液，溶液1为硅酸钠和偏铝酸钠溶液，2.72g固体为铁和氧化铁的混合物，加入稀硫酸后氧化铁与部分铁粉、稀硫酸反应生成硫酸亚铁，剩余的铁粉与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，
（1）操作a是将难溶物与溶液分离，据此判断操作方法；
（2）试剂X为氢氧化钠溶液，氧化铝和二氧化硅都能够与氢氧化钠溶液反应，分别写出氧化铝、二氧化硅与氢氧化钠溶液反应的离子方程式；
（3）向溶液2中滴加KSCN溶液，无明显现象，说明反应生成硫酸亚铁，发生反应有：铁与铁离子反应生成亚铁离子，铁与氢离子反应生成亚铁离子和氢气，据此写出反应的离子方程式；
（4）设出铁、氧化铁的物质的量，分别根据反应的离子方程式列式计算出铁元素的物质的量，再根据m=nM计算出铁元素的质量，最后计算出硫铁矿烧渣中铁元素的质量分数．

解答 解：硫铁矿烧渣的主要成分为Fe、Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃，根据图示可知，足量的试剂X用于除去二氧化硅和氧化铝，然后用足量稀硫酸溶解铁和氧化铁，所以试剂X应该为NaOH溶液，溶液1为硅酸钠和偏铝酸钠溶液，2.72g固体为铁和氧化铁的混合物，加入稀硫酸后氧化铁与部分铁粉、稀硫酸反应生成硫酸亚铁，剩余的铁粉与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，
（1）操作a是将不溶物与溶液分离，该操作方法为过滤，故答案为：过滤；
（2）X为强氧化钠溶液，氧化铝、二氧化硅都与氢氧化钠溶液反应，反应的离子方程式为：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O、SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O，
故答案为：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O；SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O；
（3）向溶液2中滴加KSCN溶液，无明显现象，证明反应后生成了硫酸亚铁，涉及的氧化还原反应的离子方程式有：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺、Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，
故答案为：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺、Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑；
（4）设铁的物质的量为x，氧化铁的物质的量为y，标况下224mL的物质的量为：$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.01mol，根据反应Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑可知，生成0.01mol氢气消耗铁的物质的量为0.01mol，则参与反应Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺的铁的物质的量为：x-0.01mol，则：①x-0.01mol=y，
根据固体质量可得：②56x+160y=2.72，联立①②解得：x=0.02mol、y=0.01mol，
则硫铁矿烧渣中铁元素的质量为：56g/mol×（x+2y）=56g/mol×（0.02mol+0.01×2）=2.24g，
硫铁矿烧渣中铁元素的质量分数为：$\frac{2.24g}{20g}$×100%=11.2%，
故答案为：11.2%．

点评 本题考查了物质制备及探究物质含量方法，题目难度中等，明确实验目的及发生反应原理为解答关键，涉及化学实验基本操作方法、离子方程式书写、化学计算等知识，试题知识点较多、综合性较强，充分考查学生的分析、理解能力及化学实验、化学计算能力．