Question

18．铁及其化合物在日常生活、生产中应用广泛．
（1）在某温度下，K_sp（FeS）=8.1×10^-17，FeS饱和溶液中c（H⁺）与c（S^2-）之间存在关系：c²（H⁺）•c（S^2-）=1.0×10^-22，为了使溶液里c（Fe²⁺）达到1mol•L^-1，现将适量FeS投入其饱和溶液中，应调节溶液中的pH约为B（填字母）．
A．2            B．3            C．4            D．5
（2）氧化铁红颜料跟某些油料混合，可以制成防锈油漆．以黄铁矿为原料制硫酸产生的硫酸渣中含Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等，用硫酸渣制备铁红（Fe₂O₃）的过程如下：

①酸溶过程中Fe₂O₃发生反应的离子方程式为Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄）₃+3H₂O；
“滤渣A”主要成分的化学式为SiO₂．
②还原过程中加入FeS₂的目的是将溶液中的Fe³⁺还原为Fe²⁺，而本身被氧化为H₂SO₄．
请完成该反应的离子方程式：1FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O═15Fe²⁺+2SO${\;}_{4}^{2-}$+16H⁺
③氧化过程中，O₂、NaOH与Fe²⁺反应的离子方程式为4Fe²⁺+O₂+2H₂O+8OH^-=4Fe（OH）₃↓．
④为了确保铁红的质量和纯度，氧化过程需要调节溶液的pH的范围是3.2～3.8．

沉淀物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Fe（OH）2	Mg（OH）2
开始沉淀pH	2.7	3.8	7.6	9.4
完全沉淀pH	3.2	5.2	9.7	12.4

如果pH过大，可能引起的后果是Al³⁺、Mg²⁺形成沉淀，使制得的铁红不纯（几种离子沉淀的pH见上表）．
⑤滤液B可以回收的物质有ABD（填序号）．
A．Na₂SO₄        B．Al₂（SO₄）₃        C．Na₂SiO₃        D．MgSO₄．

Answer 1

分析 （1）根据硫化亚铁的溶度积常数和亚铁离子浓度计算硫离子浓度，再根据氢硫酸的电离平衡常数计算氢离子浓度，最后利用pH计算公式计算溶液的pH；
（2）硫酸渣中含Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等，稀硫酸溶解主要除去不与酸反应的SiO₂，加入FeS₂将溶液中的Fe³⁺还原为Fe²⁺，再加氢氧化钠和空气，调节溶液的pH的范围是3.2～3.8主要是使三价铁沉淀，而二价镁，三价铝都不沉淀，最后洗涤、烘干、研磨使氢氧化铁分解生成氧化铁，从而得到铁红；
①氧化铁属于碱性氧化物，与酸反应生成盐和水；Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO都和硫酸反应，二氧化硅不和酸反应；
②根据得失电子守恒和原子守恒来配平，FeS₂中S元素的化合价从-1价升高到+6价，2个S原子转移14个电子，Fe³⁺转移1个电子，则二者的计量数之比为1：14，根据S守恒可知SO₄^2-前面的化学计量数为2，根据氧守恒可知H₂0前面化学计量数为8，根据H守恒可知H+前化学计量数为16；
③NaOH与Fe²⁺反应生成的氢氧化亚铁易被氧化；
④根据几种离子沉淀的pH分析；
⑤因加入的是氢氧化钠来调节PH，所以滤液B中应是未沉淀离子的硫酸盐和硫酸钠．

解答 解：（1）溶液中c（S^2-）=$\frac{Ksp}{c（Fe{\;}^{2+}）}$=$\frac{8.1×10{\;}^{-17}}{1}$mol/L=8.1×10^-17mol/L，c²（H⁺）•c（S^2-）=1.0×10^-22，则c（H⁺）=$\sqrt{\frac{1×10{\;}^{-22}}{8.1×10{\;}^{-17}}}$mol/L=1.11×10^-3mol/L，pH=-lg1.11×10^-3=3；
故选B；
（2）硫酸渣中含Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等，稀硫酸溶解主要除去不与酸反应的SiO₂，加入FeS₂将溶液中的Fe³⁺还原为Fe²⁺，再加氢氧化钠和空气，调节溶液的pH的范围是3.2～3.8主要是使三价铁沉淀，而二价镁，三价铝都不沉淀，最后洗涤、烘干、研磨使氢氧化铁分解生成氧化铁，从而得到铁红；
①氧化铁与硫酸反应生成硫酸铁和水，方程式为：Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄） ₃+3H₂O；因二氧化硅不与硫酸反应，故“滤渣A”主要成份的化学式为SiO₂．
故答案为：Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄）₃+3H₂O；SiO₂；
②FeS₂中S元素的化合价从-1价升高到+6价，2个S原子转移14个电子，Fe³⁺转移1个电子，则二者的计量数之比为1：14，根据S守恒可知SO₄^2-前面的化学计量数为2，根据氧守恒可知H₂0前面化学计量数为8，根据H守恒可知H+前化学计量数为16，则反应的离子方程式为：1FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O═15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺，
故答案为：14；8H₂O；16H⁺；15；2；16H⁺；
③Fe²⁺与OH^-反应生成4Fe（OH）₂，Fe（OH）₂不稳定易被氧气氧化为Fe（OH）₃，用化合价升价法配平方程式为4Fe²⁺+O₂+2H₂O+8OH^-=4Fe（OH）₃↓，
故答案为：4Fe²⁺+O₂+2H₂O+8OH^-=4Fe（OH）₃↓；
④根据几种离子沉淀的pH，如果pH过大，Al³⁺、Mg²⁺形成沉淀，使制得的铁红不纯；
故答案为：Al³⁺、Mg²⁺形成沉淀，使制得的铁红不纯；
⑤未沉淀的离子为Na⁺、Mg²⁺、Al³⁺，故滤液B可以回收的物质有：Na₂SO₄、Al₂（SO₄）₃、MgSO₄，
故选：ABD．

点评 本题考查了物质制备方案的设计及化学实验基本操作方法的综合应用，题目难度中等，明确制备流程及化学实验基本操作方法为解答关键，试题充分考查了学生的分析、理解能力及化学实验能力．