Question

10．某硫酸厂产生的烧渣（主要含Fe₂O₃、FeO，还有一定量的SiO₂）可用于制备FeCO₃，其流程如下：

已知：“还原”时，FeS₂与H₂SO₄不反应，Fe³⁺通过反应Ⅰ、Ⅱ被还原，其中反应Ⅰ如下：
FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O=15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺
回答下列问题：
（1）烧渣“酸溶”时发生反应的化学方程式为Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O、FeO+H₂SO₄=FeSO₄+H₂O．
（2）第一次过滤所产生的“滤渣”是SiO₂（填化学式）．
（3）加入FeS₂还原后，检验Fe³⁺是否反应完全的试剂为KSCN溶液．
（4）所得FeCO₃需充分洗涤，检验是否洗净的方法是取少许最后一次洗涤液于试管中，滴加稀盐酸，无明显现象，再滴加BaCl₂溶液，若无白色沉淀生成，则表明已洗涤干净，反之，则说明没洗涤干净．“沉淀”时，pH不宜过高，否则制备的FeCO₃中可能混有的杂质是Fe（OH）₃．
（5）①写出“还原”时反应Ⅱ的离子方程式：2Fe³⁺+FeS₂=3Fe²⁺+2S↓．
②“还原”前后溶液中部分离子的浓度见下表（溶液体积变化或略不计）：

离子	离子浓度（mol•L-1）
	还原前	还原后
Fe2+	0.10	2.5
SO42-	3.5	3.7

则反应Ⅰ、Ⅱ中被还原的Fe³⁺的物质的量之比为7：3．
（6）第三次过滤所得到的“滤液”中大量存在的离子是NH₄⁺、CO₃^2-、SO₄^2-（填离子符号）

Answer 1

分析 烧渣（主要含Fe₂O₃、FeO，还有一定量的SiO₂）用硫酸浸取，过滤后滤液中含有硫酸铁、硫酸亚铁、未反应的硫酸，滤渣为二氧化硅，用二硫化亚铁矿还原Fe³⁺后过滤，得滤液中含有硫酸亚铁，向滤液中加入碳酸铵，过滤得碳酸亚铁，滤液中含有硫酸铵、碳酸铵．
（1）烧渣“酸溶”时，硫酸与氧化铁反应是硫酸铁、FeO与硫酸反应是硫酸亚铁；
（2）烧渣“酸溶”时，二氧化硅不能与硫酸反应；
（3）检验Fe³⁺常用KSCN溶液，看溶液是否呈血红色；
（4）碳酸亚铁表面会附着硫酸铵，检验最后一次洗涤液中是否含有硫酸根离子判断洗涤是否干净；“沉淀”时，pH过高时溶液中的亚铁离子会转化氢氧化亚铁沉淀，进而生成氢氧化铁；
（5）①“还原”时有硫产生，反应Ⅱ应为Fe³⁺与FeS₂反应生成S与Fe²⁺；
②由表中数据可知，反应Ⅰ中生成的硫酸根的浓度为0.2mol•L^-1，计算出反应Ⅰ中被还原的Fe³⁺的物质的量，同时计算出生成的亚铁离子的浓度，两个反应中共生成的亚铁离子的浓度为2.4mol•L^-1，可求得反应Ⅱ中生成的亚铁离子，进而计算出Ⅰ、Ⅱ中被还原的Fe³⁺的物质的量之比；
（6）第三次过滤所得到的“滤液”中含有硫酸铵、碳酸铵．

解答 解：烧渣（主要含Fe₂O₃、FeO，还有一定量的SiO₂）用硫酸浸取，过滤后滤液中含有硫酸铁、硫酸亚铁、未反应的硫酸，滤渣为二氧化硅，用二硫化亚铁矿还原Fe³⁺后过滤，得滤液中含有硫酸亚铁，向滤液中加入碳酸铵，过滤得碳酸亚铁，滤液中含有硫酸铵、碳酸铵．
（1）烧渣“酸溶”时，硫酸与氧化铁反应是硫酸铁、FeO与硫酸反应是硫酸亚铁，反应方程式为：Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O、FeO+H₂SO₄=FeSO₄+H₂O，
故答案为：Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O、FeO+H₂SO₄=FeSO₄+H₂O；
（2）烧渣“酸溶”时，二氧化硅不能与硫酸反应，第一次过滤所产生的“滤渣”是：SiO₂，
故答案为：SiO₂；
（3）Fe³⁺与KSCN溶液反应呈血红色，检验Fe³⁺是否反应完全的试剂为KSCN溶液，
故答案为：KSCN溶液；
（4）碳酸亚铁表面会附着硫酸铵，所以检验FeCO₃是否洗净，可以检验洗涤滤液中是否有硫酸根离子，具体方法为：取少许最后一次洗涤液于试管中，滴加稀盐酸，无明显现象，再滴加BaCl₂溶液，若无白色沉淀生成，则表明已洗涤干净，反之，则说明没洗涤干净，
沉淀”时，pH过高时溶液中的亚铁离子会转化氢氧化亚铁沉淀，进而生成氢氧化铁，
故答案为：取少许最后一次洗涤液于试管中，滴加稀盐酸，无明显现象，再滴加BaCl₂溶液，若无白色沉淀生成，则表明已洗涤干净，反之，则说明没洗涤干净；Fe（OH）₃；
（5）①“还原”时有硫产生，反应Ⅱ应为Fe³⁺与FeS₂反应生成S与Fe²⁺，反应离子方程式为：2Fe³⁺+FeS₂=3Fe²⁺+2S↓，
故答案为：2Fe³⁺+FeS₂=3Fe²⁺+2S↓；
②由表中数据可知，反应Ⅰ中生成的硫酸根的浓度为0.2mol•L^-1，据反应FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O=15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺可知，反应Ⅰ中被还原的Fe³⁺的物质的量浓度为1.4mol•L^-1，同时生成的亚铁离子的浓度为1.5mol•L^-1，两个反应中共生成的亚铁离子的浓度为2.4mol•L^-1，所以反应Ⅱ中生成的亚铁离子浓度为0.9mol•L^-1，根据2Fe³⁺+FeS₂=3Fe²⁺+2S↓，可知Ⅱ中被还原的Fe³⁺的物质的量浓度为$\frac{2}{3}$×0.9mol•L^-1=0.6mol•L^-1，所以反应Ⅰ、Ⅱ中被还原的Fe³⁺的物质的量之比为1.4mol•L^-1：0.6mol•L^-1=7：3，
故答案为：7：3；
（6）第三次过滤所得到的“滤液”中含有硫酸铵、碳酸铵，大量存在的离子是：NH₄⁺、CO₃^2-、SO₄^2-，
故答案为：NH₄⁺、CO₃^2-、SO₄^2-．

点评 本题考查物质制备工艺流程，涉及对操作与原理的分析评价、物质的分离提纯、离子检验、化学计算等，需要学生熟练掌握元素化合物知识，（5）中计算为易错点、难点，能较好的考查学生分析计算能力．