Question

某矿样用过量酸溶解并过滤，所得滤液A主要含CO、Ni^2＋、SO、H^＋、Fe^2＋、Fe^3＋、OH^－、Mg^2＋、Mn^2＋等九种离子中的七种。将A中金属元素进行分离以备利用，部分流程如图所示：

可能用到的有关数据如下：

物质	开始沉淀的pH	沉淀完全的pH	Ksp(25 ℃)
Fe(OH)3	2.7	3.7	4.0×10－38
Fe(OH)2	7.6	9.6	8.0×10－16
Ni(OH)2	7.2	9.2	5.5×10－16
Mg(OH)2	9.6	11.1	1.2×10－11

请根据题给信息填空：

(1)滤液A中不能大量存在的两种离子是________。

(2)已知“滤渣1”是MnO₂，步骤①发生的氧化还原反应的离子方程式为________。

(3)常温下，某Ni(OH)₂、Mg(OH)₂共沉淀的混合体系中，若c(Ni^2＋)＝5.5×10^－11 mol·L^－1，则c(Mg^2＋)＝________。

(4)假定步骤①中NaClO恰好反应，欲检验滤液3中的酸根离子，需优先检验________(填离子符号)。

(5)为测定该矿样中铁元素的含量，取20.0 g矿石，按上述流程操作，将________(填“滤渣1”、“滤渣2”或“滤渣3”)完全酸溶，再使其中的铁元素还原为Fe^2＋，然后将所得溶液稀释到100 mL，取出20.00 mL用0.100 0 mol·L^－1 KMnO₄溶液滴定。达到滴定终点时溶液颜色为________色，共消耗KMnO₄溶液16. 00 mL，经计算矿样中铁元素的质量分数为________。

Answer 1

解析：本题主要考查工艺流程的分析，意在考查考生对工艺流程的分析能力。(1)过量酸处理后，滤液为酸性，故滤液A中不能大量存在CO、OH^－。(2)步骤①加入的NaClO为强氧化性物质，溶液中的Mn^2＋、Fe^2＋均能被氧化，发生反应的离子方程式为Mn^2＋＋ClO^－＋H₂O===MnO₂↓＋2H^＋＋Cl^－，ClO^－＋2Fe^2＋＋2H^＋===2Fe^3＋＋Cl^－＋H₂O。(3)根据题目所给物质的K_sp数据知，溶液中的c²(OH^－)＝＝ mol²·L^－2＝1.0×10^－5 mol²·L^－2，故c(Mg^2＋)＝＝ mol·L^－1＝1.2×10^－6 mol·L^－1。(4)通过(1)中离子共存的判断可知溶液中一定含有SO，通过步骤①可知生成Cl^－，故滤液3中含有酸根离子为SO、Cl^－。应先检验SO，使之转化为BaSO₄沉淀，然后再检验Cl^－；若先检验Cl^－，则SO与Ag^＋生成微溶的Ag₂SO₄，影响Cl^－的检验。(5)步骤②调节pH＝5，Fe^3＋生成Fe(OH)₃沉淀，故滤渣2为Fe(OH)₃，用酸溶解可得Fe^3＋，再使其中的铁元素还原为Fe^2＋，Fe^2＋可被KMnO₄氧化，故达到滴定终点时溶液颜色为紫色。反应的离子方程式为：5Fe^2＋＋MnO＋8H^＋===5Fe^3＋＋Mn^2＋＋4H₂O，所以100 mL溶液中n(Fe^2＋)＝5×5×0.100 0 mol/L×0.016 00 L＝0.04 mol，故矿样中铁元素的质量分数为×100%＝11.2%。

答案：(1)CO、OH^－

(2)ClO^－＋Mn^2＋＋H₂O===MnO₂↓＋Cl^－＋2H^＋，2H^＋＋ClO^－＋2Fe^2＋===2Fe^3＋＋Cl^－＋H₂O

(3)1.2×10^－6 mol·L^－1

(4)SO　(5)滤渣2　紫　11.2%