Question

硫酸渣是用黄铁矿制造硫酸过程中排出的废渣，主要化学成分为SiO₂：约45%，Fe₂O₃：约40%，Al₂O₃：约10%，MgO：约5%．目前我国已经在技术上取得突破--用硫酸渣炼铁．
I．某学生探究性学习小组的同学设计了不同的方案，用化学基本知识进行金属元素的提取实验（已知25℃氢氧化镁Ksp=5.6×10^-12；氢氧化铁Ksp=3.5×10^-38；一水合氨电离常数K=1.8×10^-5，其饱和溶液中c（OH^-）约为1×10^-3mol?L^-1）．
方案一：

请回答：
（1）写出固体E的化学式：______．
（2）试剂①是______
A．氢氧化钠    B．氧化铝      C．氨水    D．水
（3）若要准确测定溶液的pH是否达到3.7，下列物品中可供使用的是______
A．石蕊试液    B．广泛pH试纸  C．精密pH试纸  D．pH计
（4）溶液H中溶质的化学式：______
（5）要将固体C、固体E和固体G都转化为相应的稳定的氧化物，需进行的实验操作为______．
（6）若不考虑溶液体积的变化，请计算溶液H中c（Mg²⁺）=______．
方案二：

请回答：
（7）此方案的主要问题有：______
（8）写出由溶液M→固体乙这个过程中，最主要化学反应的离子方程式：______
II．为了分析某硫酸渣中铁元素的含量，先将硫酸渣预处理，把铁元素还原成Fe²⁺，再用KMnO₄标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定，反应的离子方程式是：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O．
（1）判断到达滴定终点的现象是______．
（2）某同学称取2.000g硫酸渣，预处理后在容量瓶中配制成100mL溶液，移取25.00mL，试样溶液，用1.000×10^-2mol?L^-1KMnO₄标准溶液滴定．达到滴定终点时，消耗标准溶液10.00mL，则残留物中铁元素的质量分数是______．

Answer 1

【答案】分析：I．根据硫酸渣的成分为SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO，当向硫酸渣中加过量盐酸时，二氧化硅和盐酸不反应，所以固体A是二氧化硅，氧化铁、氧化铝、氧化镁和盐酸反应，所以溶液B的溶质是氯化镁、氯化铁、氯化铝、盐酸（过量）；向溶液B中加试剂①并调节溶液的pH值为3.7，结合题意溶液pH=3.7时Fe³⁺已经沉淀完全知，试剂①是能和氯化铁反应生成沉淀的物质且和铝离子反应没有沉淀生成，所以试剂①只能是强碱溶液，固体C是氢氧化铁；向溶液D中加入试剂①并调节溶液的pH值为13，溶液呈强碱性溶液，铝元素在溶液中以偏铝酸根离子存在，镁离子和氢氧根离子生成氢氧化镁沉淀，所以固体E是氢氧化镁；溶液F的溶质含有偏铝酸钠和氯化钠，向F溶液中通入过量二氧化碳气体，偏铝酸钠和二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀，所以G是氢氧化铝，
（1）固体E是氢氧化镁；
（2）试剂①是强碱溶液；
（3）根据pH值精确到小数点后一位；     
（4）溶液F的溶质含有偏铝酸钠和氯化钠；
（5）根据难溶性碱加热分解；
（6）根据氢氧化镁Ksp=5.6×10^-12来计算；
根据硫酸渣的成分为SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO，当向硫酸渣中加过量氢氧化钠时，Fe₂O₃、MgO和氢氧化钠不反应，所以固体甲是Fe₂O₃、MgO，SiO₂、Al₂O₃和氢氧化钠反应，所以溶液M的溶质是硅酸钠、偏铝酸钠、氢氧化钠（过量）；向溶液M中通入过量二氧化碳气体，硅酸钠、偏铝酸钠、氢氧化钠都与二氧化碳反应，所以固体乙是硅酸、氢氧化铝，进行加热得到二氧化硅和氧化铝．
（7）根据产物和消耗的原料来分析；
（8）溶液主要含有硅酸钠；
II．（1）根据KMnO₄标准溶液本身就是一种指示剂；
（2）利用关系式法计算和质量百分数的概念来分析．
解答：解：I．根据硫酸渣的成分为SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO，当向硫酸渣中加过量盐酸时，二氧化硅和盐酸不反应，所以固体A是二氧化硅，氧化铁、氧化铝、氧化镁和盐酸反应，所以溶液B的溶质是氯化镁、氯化铁、氯化铝、盐酸（过量）；向溶液B中加试剂①并调节溶液的pH值为3.7，结合题意溶液pH=3.7时Fe³⁺已经沉淀完全知，试剂①是能和氯化铁反应生成沉淀的物质且和铝离子反应没有沉淀生成，所以试剂①只能是强碱溶液，固体C是氢氧化铁；向溶液D中加入试剂①并调节溶液的pH值为13，溶液呈强碱性溶液，铝元素在溶液中以偏铝酸根离子存在，镁离子和氢氧根离子生成氢氧化镁沉淀，所以固体E是氢氧化镁；溶液F的溶质含有偏铝酸钠和氯化钠，向F溶液中通入过量二氧化碳气体，偏铝酸钠和二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀，所以G是氢氧化铝，
（1）固体E是氢氧化镁，故答案为：Mg（OH）₂；
（2）试剂①是强碱溶液，故选：A；     
（3）因PH值精确到小数点后一位，而石蕊试液测得的PH值在一个范围内，广泛pH试纸测得的PH值是一个整数，精密pH试纸、pH计均可准确到小数点后一位，故选：CD；          
（4）溶液F的溶质含有偏铝酸钠和氯化钠，向F溶液中通入过量二氧化碳气体，偏铝酸钠和二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠，故答案为：NaCl、NaHCO₃；
（5）固体C是氢氧化铁，固体E是氢氧化镁，固体G是氢氧化铝，加热均可分解得到对应的氧化物，故答案为：灼烧； 
（6）因溶液的PH值为13，C（OH^-）=10^-1mol?L^-1，Ksp=C（Mg²⁺）×C²（OH^-）=C（Mg²⁺）×10^-2=5.6×10^-12，所以C（Mg²⁺）=5.6×10^-10 mol?L^-1，故答案为：5.6×10^-10 mol?L^-1；
（7）①产品不纯，最后产物中大多数是二氧化硅；②步骤多试剂消耗题量大，故答案为：①产品不纯，最后产物中大多数是二氧化硅；②步骤多试剂消耗题量大；
（8）溶液主要含有硅酸钠，硅酸钠和二氧化碳反应生成硅酸沉淀和碳酸氢钠，方程式为：Na₂SiO₃+2CO₂+2H₂O=H₂SiO₃↓+2NaHCO₃，故答案为：SiO₃^2-+2CO₂+2H₂O=H₂SiO₃↓+2HCO₃^2-；
II．（1）因KMnO₄标准溶液本身就是一种指示剂，故答案为：与滴下最后一滴KMnO₄标准溶液时，溶液颜色变为紫红色，且在半分钟内不褪色；
（2）利用关系式法计算：
       5Fe^2+_～MnO₄^-
 2×10^-5mol     1.000×10^-2mol?L^-1×0.01L×4
铁元素的质量为：2×10^-3mol×56g/mol=1.12×10^-1g，铁元素的质量分数为 ×100%=5.6%，故答案为：5.6%．
点评：本题考查了物质的分离、提纯的方法选择及应用，实验方案设计和评价，题目难度较大，明确各物质的性质是解本题的关键，本题注意关系式法的利用．