Question

4．现代循环经济要求综合考虑环境污染和经济效益．请填写下列空白．
（1）某硫酸厂利用SO₂尾气、废铁屑、空气、水合成绿矾（FeSO₄•7H₂O），反应中作还原剂的物质是Fe、SO₂．

（2）新型纳米材料氧缺位铁酸盐（ZnFe₂Ox），由该铁酸盐（ZnFe₂O₄）经高温还原制得，常温下，它能使工业废气中酸性氧化物分解除去，转化流程如图一所示．若2molZnFe₂Ox与足量SO₂可生成1.0molS，则x=3．
（3）高纯氧化铁可作现代电子工业材料．图二是用硫铁矿烧渣（主要成分为Fe₂O₃、Fe₃O₄、FeO、SiO₂）为原料制备高纯氧化铁（软磁α-Fe₂O₃）的生产流程示意图：
①步骤Ⅲ中可选用C试剂调节溶液的pH（填标号）．
A．稀硝酸　　   B．双氧水　 　  C．氨水　 　 D．高锰酸钾溶液
②滤液B中含有的主要金属离子是Fe²⁺（填离子符号）．检验该金属离子的实验方法是取滤液B少许，滴加KSCN溶液，无现象，再滴加氯水，溶液呈血红色，说明含有Fe²⁺．
③步骤Ⅳ中，FeCO₃达到沉淀溶解平衡时，室温下测得溶液的pH为8，c（Fe²⁺）为1.0×10^-5mol•L^-l．试判断所得FeCO₃固体是否混有Fe（OH）₂：否（填“是”或“否”），请通过简单计算说明理由溶液中c（Fe²⁺）c²（OH^-）=1.0×10^-5×（1×10^-6）²=1.0×10^-17＜K _sp[Fe（OH）₂]，故无Fe（OH）₂沉淀生成．（已知：Ksp[Fe（OH）₂]=4.9×l0^-17；Ksp[FeCO₃]=2．l×l0^-11）
④写出在空气中煅烧FeCO₃，制备高纯氧化铁的化学方程式4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂．

Answer 1

分析 （1）含化合价升高元素的反应物是还原剂；
（2）由题意可知铁酸盐（ZnFe₂O₄）与SO₂反应，生成ZnFe₂O₄，SO₂被还原，反应生成S，依据氧化还原反应的电子守恒和化合物中的元素化合价代数为0计算得到；
（3）①步骤Ⅲ可加入的物质需能调节溶液pH且不能氧化亚铁离子；
②过滤后在滤液中主要含有亚铁离子，检验亚铁离子可用氧化剂和KSCN溶液检验；
③在矿铁中加入酸，SiO₂不与酸反应，过滤后所得滤渣为SiO₂，滤液A中加入过量铁粉将Fe³⁺还原为Fe²⁺，可加入氨水调节溶液pH至5～6.5，过滤后在滤液中加入碳酸氢铵可生成FeCO₃，高温煅烧可得Fe₂O₃，滤液C为铵盐，可作为氮肥施用；
④在空气中煅烧FeCO₃，生成氧化铁和二氧化碳．

解答 解：（1）利用SO₂尾气、废铁屑、空气、水合成绿矾（FeSO₄•7H₂O），铁以及硫元素的化合价均升高了，所以Fe、SO₂是还原剂，
故答案为：Fe、SO₂；
（2）新型纳米材料ZnFe₂O_x可由化合物ZnFe₂O₄经高温还原制得，若2mol ZnFe₂O_x与SO₂反应可生成1molS，则ZnFe₂O_x被氧化为ZnFe₂O₄，令ZnFe₂O_x中铁元素的化合价为a，根据电子转移守恒，可知2mol×2×（3-a）=1mol×4，解得，a=2，利用化合价代数和为，2+2×2=2x，解得x=3，
故答案为：3；
（3）①步骤Ⅲ可加入氨水调节溶液pH至5～6.5，其它物质都具有氧化性，可将亚铁离子氧化，不能选，
故答案为：C；
②在矿铁中加入酸，SiO₂不与酸反应，过滤后所得滤渣为SiO₂，滤液A中加入过量铁粉将Fe³⁺还原为Fe²⁺，可加入氨水调节溶液pH至5～6.5，过滤后在滤液中主要含有亚铁离子，检验该金属离子的实验方法是：取滤液B少许，滴加KSCN溶液，无现象，再滴加氯水，溶液呈血红色，说明含有Fe²⁺，
故答案为：Fe²⁺；取滤液B少许，滴加KSCN溶液，无现象，再滴加氯水，溶液呈血红色，说明含有Fe²⁺；
③FeCO₃达到沉淀溶解平衡时，溶液的pH为8，c（Fe²⁺）为1.0×10^-5mol•L^-1时，根据氢氧化亚铁的Qc=c（Fe²⁺）•c²（OH^-）=1.0×10^-5mol•L^-1×（10^-6mol/L）²=10^-17＜Ksp[Fe（OH）₂]，所以不会出现氢氧化亚铁沉淀，
故答案为：否；溶液中，c（Fe²⁺）•c²（OH^-）=1.0×10^-5（1×10^-6）²=1.0×10^-17＜Ksp[Fe（OH）₂]，故无Fe（OH）₂沉淀生成；
④在空气中煅烧FeCO₃制备高纯氧化铁的化学方程式为4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂，
故答案为：4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂．

点评 本题考查物质的制备和分离操作，侧重于学生分析能力、实验能力和综合运用化学知识能力的考查，为高考常见题型，题目难度中等，注意根据实验流程以及相关物质的性质解答该题．