Question

3．硫铁矿烧渣是一种重要的化工生产中间产物，主要成分是Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO和SiO₂等．下面是以硫铁矿烧渣制备高效净水剂聚合硫酸铁的流程图：

（1）实验室实现“操作I”所用的玻璃仪器有玻璃棒、漏斗和烧杯；
（2）硫铁矿烧渣在“酸溶”前要粉碎的主要目的是增大烧渣与硫酸的接触面积，加快烧渣的溶解速率，检验“酸溶”后的溶液中含有Fe²⁺的试剂及现象是酸性KMnO₄溶液，紫色褪去；
（3）“操作Ⅲ”系列操作名称依次为蒸发浓缩（加热浓缩）、冷却结晶、过滤和洗涤．洗涤沉淀的方法是沿玻璃棒向漏斗里加入蒸馏水，使水没过沉淀物，等水自然流下后，重复操作2～3次；
（4）加入适量H₂O₂的目的是氧化Fe²⁺，写出H₂O₂氧化Fe²⁺为Fe³⁺的离子方程式：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．

Answer 1

分析 硫铁矿烧渣（主要成分是Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO和二氧化硅），加硫酸加热酸溶，水浸，过滤出不溶于酸的二氧化硅，滤液中含有硫酸铁和硫酸亚铁，加废铁皮，Fe与三价铁离子反应生成亚铁离子，过滤去除多余的铁，滤液为硫酸亚铁溶液，然后蒸发浓缩、冷却结晶，得到硫酸亚铁晶体，晶体中加稀硫酸、双氧水得到聚合硫酸铁，（1）操作I为过滤，根据过滤操作分析；
（2）硫铁矿烧渣在“酸溶”前要粉碎可增大固体的接触面积；“酸溶”后的溶液中含有Fe³⁺和Fe²⁺，检验Fe²⁺试剂是KMnO₄ 溶液，现象是紫红色褪去；
（3）操作Ⅲ的目的是由溶液得到晶体FeSO₄•7H₂O，需蒸发浓缩、冷却结晶．洗涤的操作方法是向漏斗里加入蒸馏水，使水面没过沉淀物，等水自然流完后，重复操作2-3次；
（4）酸性条件下H₂O₂氧化Fe²⁺为Fe³⁺，同时生成水．

解答 解：硫铁矿烧渣（主要成分是Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO和二氧化硅），加硫酸加热酸溶，水浸，过滤出不溶于酸的二氧化硅，滤液中含有硫酸铁和硫酸亚铁，加废铁皮，Fe与三价铁离子反应生成亚铁离子，过滤去除多余的铁，滤液为硫酸亚铁溶液，然后蒸发浓缩、冷却结晶，得到硫酸亚铁晶体，晶体中加稀硫酸、双氧水得到聚合硫酸铁，
（1）根据流程图可知，操作I为过滤，需要的玻璃仪器有漏斗、玻璃棒、烧杯，故答案为：漏斗；
（2）硫铁矿烧渣在“酸溶”前要粉碎可增大固体的接触面积，以加快反应速率，“酸溶”后的溶液中含有Fe³⁺和Fe²⁺，Fe²⁺具有还原性，所以检验Fe²⁺试剂是KMnO₄ 溶液，现象是紫红色褪去，
故答案为：增大烧渣与硫酸的接触面积，加快烧渣的溶解速率；酸性KMnO₄溶液，紫色褪去；
（3）操作Ⅲ的目的是由溶液得到晶体FeSO₄•7H₂O，需蒸发浓缩、冷却结晶，洗涤的操作方法是向漏斗里加入蒸馏水，使水面没过沉淀物，等水自然流完后，重复操作2-3次，
故答案为：蒸发浓缩（加热浓缩）；沿玻璃棒向漏斗里加入蒸馏水，使水没过沉淀物，等水自然流下后，重复操作2～3次；
（4）酸性条件下H₂O₂氧化Fe²⁺为Fe³⁺，同时生成水，反应的离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．

点评 本题考查制备实验方案的设计与评价，题目难度中等，准确的分析流程、明确铁及其化合物的性质是解题的关键，侧重学生分析能力和创新能力的培养．