Question

8．硫铁矿（主要成分为FeS₂）在空气中高温煅烧可得SO₂和Fe₂O₃，是我国硫酸工业的主要原料．某化学研究小组拟在实验室利用硫铁矿煅烧所得残渣（主要成分为Fe₂O₃，还含少量的SiO₂，Al₂O₃，其余杂质不参予反应），制取颜料铁红（Fe₂O₃）．设计工艺流程如下：
查阅资料：
Ⅰ部分金属离子发生沉淀的pH：

金属离子	Fe3+	Al3+	Fe2+
开始沉淀的pH	2.2	3.1	7.5
完全沉淀的pH	3.5	5.4	9.5

Ⅱ“中和合成”时发生的主要反应为：Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+CO₂↑+H₂O．
请根据以上工艺流程及提供的信息，回答下列问题：
（1）气体Ⅰ的主要成分为H₂（填化学式，下同）；滤渣Ⅱ的主要成分为Al（OH）₃、Fe（OH）₃．
（2）操作X为洗涤（填操作名称）．
（3）向滤液Ⅰ中加入适量氨水，其目的是调节溶液的pH到5.4～7.5之间．
（4）在“酸浸”过程中，若在空气中“酸浸”时间过长，溶液中Fe²⁺含量将下降，其原因是（用离子方程式表示）：4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O．
（5）为测定滤液Ⅰ中的Fe²⁺的含量，实验室中常用酸性高锰酸钾溶液进行滴定，该反应的离子方程式为：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺═Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O；取20.00mL滤液Ⅰ于锥形瓶中，用0.1mol/L酸性高锰酸钾溶液滴定到终点时消耗了标准酸性高锰酸钾溶液12.00mL，则滤液Ⅰ中c（Fe²⁺）=0.3mol/L．

Answer 1

分析 硫铁矿煅烧所得残渣加入碳粉焙烧，还原得到Fe、Si，再用硫酸浸取，Si不反应，Fe与硫酸反应得到气体I为氢气，氧化铝与硫酸反应生成硫酸铝，过滤除去Si，滤液中含有硫酸亚铁、硫酸铝，Fe²⁺易被氧气氧化，滤液中含有Fe³⁺，再调节溶液pH使Al³⁺转化为Al（OH）₃沉淀、Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀，过滤除去，滤液中加入碳酸氢铵得到FeCO₃沉淀，过滤、洗涤、煅烧FeCO₃得到氧化铁．
（1）气体Ⅰ的主要成分为氢气，滤渣Ⅱ的主要成分为氢氧化铝、氢氧化铁；
（2）操作X为洗涤；
（3）调节溶液的pH使Al³⁺、Fe³⁺转化为沉淀，而Fe²⁺不能沉淀；
（4）Fe²⁺易被氧气氧化；
（5）反应离子方程式为：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺═Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，根据方程式计算n（Fe²⁺），进而计算c（Fe²⁺）．

解答 解：硫铁矿煅烧所得残渣加入碳粉焙烧，还原得到Fe、Si，再用硫酸浸取，Si不反应，Fe与硫酸反应得到气体I为氢气，氧化铝与硫酸反应生成硫酸铝，过滤除去Si，滤液中含有硫酸亚铁、硫酸铝，Fe²⁺易被氧气氧化，滤液中含有Fe³⁺，再调节溶液pH使Al³⁺转化为Al（OH）₃沉淀、Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀，过滤除去，滤液中加入碳酸氢铵得到FeCO₃沉淀，过滤、洗涤、煅烧FeCO₃得到氧化铁．
（1）气体Ⅰ的主要成分为H₂，滤渣Ⅱ的主要成分为Al（OH）₃、Fe（OH）₃，
故答案为：H₂；Al（OH）₃、Fe（OH）₃；
（2）操作X是洗去FeCO₃表面附着的杂质，应为洗涤，
故答案为：洗涤；
（3）调节溶液的pH使Al³⁺、Fe³⁺转化为沉淀，而Fe²⁺不能沉淀，应可知pH再5.4～7.5之间，
故答案为：5.4～7.5；
（4）在空气中“酸浸”时间过长，溶Fe²⁺被氧气氧化Fe³⁺，导致溶液中Fe²⁺含量将下降，反应的离子方程式为：4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O；
（5）反应离子方程式为：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺═Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，则n（Fe²⁺）=5n（MnO₄^-）=5×0.10mol/L×0.012L=0.0060mol，故c（Fe²⁺）=$\frac{0.006mol}{0.02L}$=0.3mol/L，
故答案为：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺═Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O；0.3．

点评 本题考查物质制备工艺流程，关键是明确工艺流程，熟练掌握元素化合物性质，侧重考查物质的分离提纯、学生分析能力，难度较大．