Question

7．实验室利用硫酸厂烧渣（主要成分为铁的氧化物及少量FeS、SiO2等）制备聚铁（碱式硫酸铁的聚合物）和绿矾（FeSO₄•7H₂O），过程如图1：

（1）将过程②中的产生的气体通入下列溶液中，溶液会褪色的是ACD；
A．品红溶液  B．紫色石蕊溶液    C．酸性KMnO₄溶液    D．溴水
（2）过程①中，FeS和O₂、H₂SO₄反应的离子方程式为：4FeS+3O₂+6H₂SO₄=2Fe₂（SO₄）₃+6H₂O+4S；
（3）过程③中，需加入的物质是Fe（或铁）；
（4）实验室为测量所得到的聚铁样品中铁元素的质量分数，进行下列实验．①用分析天平称取2.800g样品；②将样品溶于足量的盐酸后，加入过量的氯化钡溶液；③过滤、洗涤、干燥，称量，得固体质量为3.495g．若该聚铁主要成分为[（Fe（OH）（SO₄）]_n，则该聚铁样品中铁元素的质量分数为30%．（假设杂质中不含铁元素和硫元素）．
（5）如图2是将过程②产生的气体SO₂转化为重要的化工原料H₂SO₄的原理示意图，若得到的硫酸浓度仍为49%，则理论上参加反应的SO₂与加入的H₂O的质量比为8：15．

Answer 1

分析 烧渣中加入稀硫酸、同时通入氧气，过滤后，得到固体W中含有S、SiO₂，再灼烧后尾气中含有二氧化硫．溶液X含有Fe₂（SO₄）₃及未反应的硫酸，溶液X中加入Fe粉，反应完毕，过滤得到溶液Y为FeSO₄溶液，再经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等得到绿矾．溶液X调节pH得到溶液Z，加热促进Fe³⁺的水解得到聚铁胶体，再经过胶体聚沉得到聚铁，通过调节pH可以控制氢氧化铁与硫酸铁的比例关系，
（1）过程②产生的气体为SO₂，具有还原性和漂白性；
（2）根据反应物和生成物的种类结合质量守恒书写化学方程式；
（3）溶液X中含有Fe³⁺，要制备绿矾，应加入Fe使之还原为Fe²⁺；
（4）根据n（Fe³⁺）=n（SO₄^2-）计算；
（5）过程②产生的气体SO₂转化为重要的化工原料H₂SO₄的总方程为：SO₂+H₂O+$\frac{1}{2}$O₂ =H₂SO₄，先设加入的SO₂的量和加入的水的量，再根据方程求出生成硫酸的量和消耗的水的量．

解答 解：烧渣中加入稀硫酸、同时通入氧气，过滤后，得到固体W中含有S、SiO₂，再灼烧后尾气中含有二氧化硫．溶液X含有Fe₂（SO₄）₃及未反应的硫酸，溶液X中加入Fe粉，反应完毕，过滤得到溶液Y为FeSO₄溶液，再经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等得到绿矾．溶液X调节pH得到溶液Z，加热促进Fe³⁺的水解得到聚铁胶体，再经过胶体聚沉得到聚铁，通过调节pH可以控制氢氧化铁与硫酸铁的比例关系，
（1）过程②产生的气体为SO₂，具有还原性和漂白性，因具有漂白性而使品红褪色，因具有还原性而使具有氧化性的酸性KMnO₄溶液、溴水褪色，
故答案为：ACD；
（2）过程①中，反应物为FeS、O₂和H₂SO₄，生成物有S，根据质量守恒还应有Fe₂（SO₄）₃和H₂O，
反应的化学方程式为4FeS+3O₂+6H₂SO₄=2Fe₂（SO₄）₃+6H₂O+4S，
故答案为：4FeS+3O₂+6H₂SO₄=2Fe₂（SO₄）₃+6H₂O+4S； 
（3）溶液X中含有Fe³⁺，要制备绿矾，应加入Fe使之还原为Fe²⁺，加入铁可生成Fe²⁺，并且不引入新的杂质，
故答案为：Fe（或铁）；
（4）过滤、洗涤、干燥，称量，得固体质量为3.495g，应为BaSO₄沉淀，
n（BaSO₄）=$\frac{3.495g}{233g/mol}$=0.015mol，
则n（Fe³⁺）=n（SO₄^2-）=0.015mol，
m（Fe）=0.015mol×56g/mol=0.84g，
ω（Fe）=$\frac{0.84g}{2.80g}$=28%，
故答案为：30%；
（5）催化剂a处的反应为：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，催化剂b处的反应为：$\frac{1}{2}$O₂+2H⁺+2e^-=H₂O，总方程为：SO₂+H₂O+$\frac{1}{2}$O₂=H₂SO₄设加入的SO₂为xg，H₂O为yg．则生成硫酸的质量为：$\frac{xg×98g/mol}{64g/mol}$，所得溶液中水的质量为：y-$\frac{xg×18g/mol}{64g/mol}$，根据硫酸浓度仍为49%，有$\frac{\frac{98x}{64}}{\frac{98x}{64}+y-\frac{18x}{64}}$=49%，可以求得$\frac{x}{y}$=8：15，
故答案为：8：15．

点评 本题考查较为综合，涉及物质含量的测定、制备实验方案的设计等知识，题目难度较大，注意常见化学实验操作方法及电化学知识的积累．