Question

4．硫铁矿烧渣是硫铁矿生产硫酸过程中产生的工业废渣（主要含Fe₂O₃及少量SiO₂、A1₂O₃等杂质）．用该烧渣制取药用辅料--红氧化铁的工艺流程如下：

（1）在“还原焙烧”中产生的有毒气体可能有CO、SO₂等．
（2）“酸浸”时间一般不超过20min，若在空气中酸浸时间过长，溶液中Fe²⁺含量将下降，其原因是4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O（用离子方程式表示）．
（3）根据下表数据：

氢氧化物	Al（OH）3	Fe（OH）3	Fe（OH）2
开始沉淀的pH	3.10	2.01	7.11
完全沉淀的pH	4.77	3.68	9.61

在“除杂”步骤中，为除去Fe³⁺和Al³⁺，溶液的pH最大值应小于7.11，检验
Fe³⁺已经除尽的试剂是KSCN溶液．
（4）“中和合成”的目的是将溶液中Fe²⁺转变为碳酸亚铁沉淀，则操作B是洗涤、干燥．
（5）煅烧A的反应方程式是4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;煅烧\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂．
（6）a g烧渣经过上述工艺可得红氧化铁b g．药典标准规定，制得的红氧化铁中含氧化铁不得少于98.0%，则所选用的烧渣中铁的质量分数应不低于$\frac{7b×98%}{10a}$（用含a、b的表达式表示）．

Answer 1

分析 工业废渣主要含Fe₂O₃及少量SiO₂、A1₂O₃、CaO、MgO等杂质，加煤燃烧可生成CO、SO₂等有毒气体，加硫酸后只有二氧化硅不反应，酸浸时间过长，溶液中Fe²⁺含量将下降，被氧化生成Fe³⁺，过滤除去二氧化硅，然后除杂时结合生成沉淀的pH可知，pH大于4.77，小于7.11时Fe³⁺和Al³⁺完全转化为沉淀，而亚铁离子没有转化为沉淀，“中和合成”的目的是将溶液中Fe²⁺转变为碳酸亚铁沉淀，过滤得到A为碳酸亚铁，需要洗涤、干燥，然后加热得到氧化铁，以此来解答．
（1）加煤燃烧可生成CO、SO₂等有毒气体；
（2）亚铁离子被氧化为铁离子；
（3）除去Fe³⁺和Al³⁺，依据图表中沉淀所需PH分析判断，检验铁离子可以使用KSCN溶液；
（4）A为碳酸亚铁，需要洗涤、干燥；
（5）煅烧A（FeCO₃）生成氧化铁和二氧化碳，原子守恒配平书写化学方程式；
（6）制得的红氧化铁中含氧化铁不得少于98.0%，制取的红氧化铁bg中含有的铁的物质的量应该大于：
$\frac{bg×98%}{160g/mol}$×2=$\frac{b×98%}{80}$mol，据此计算质量分数；

解答 解：工业废渣主要含Fe₂O₃及少量SiO₂、A1₂O₃、CaO、MgO等杂质，加煤燃烧可生成CO、SO₂等有毒气体，加硫酸后只有二氧化硅不反应，酸浸时间过长，溶液中Fe²⁺含量将下降，被氧化生成Fe³⁺，过滤除去二氧化硅，然后除杂时结合生成沉淀的pH可知，pH大于4.77，小于7.11时Fe³⁺和Al³⁺完全转化为沉淀，而亚铁离子没有转化为沉淀，“中和合成”的目的是将溶液中Fe²⁺转变为碳酸亚铁沉淀，过滤得到A为碳酸亚铁，需要洗涤、干燥，然后加热得到氧化铁，
（1）由上述分析可知，“还原焙烧”中产生的有毒气体可能有CO、SO₂等，
故答案为：CO、SO₂等；
（2）在空气中酸浸时间过长，溶液中Fe²⁺含量将下降，其原因是4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O；
（3）除去Fe³⁺和Al³⁺，依据图表中沉淀所需PH分析，溶液PH小于7.11时，亚铁离子不沉淀，铁离子和铝离子完全沉淀，检验铁离子可以使用KSCN溶液，
故答案为：7.11；KSCN溶液；       
（4）A为碳酸亚铁，需要洗涤、干燥，然后加热得到氧化铁，
故答案为：洗涤、干燥；
（5）煅烧A（FeCO₃）生成氧化铁，反应方程式为：4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;煅烧\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂，
故答案为：4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;煅烧\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂；
（6）制得的红氧化铁中含氧化铁不得少于98.0%，制取的红氧化铁bg中含有的铁的物质的量应该大于：
$\frac{bg×98%}{160g/mol}$×2=$\frac{b×98%}{80}$mol，则所选用的烧渣中铁的质量分数应不低于：$\frac{\frac{b×98%}{80}×56g/mol}{ag}$=$\frac{7b×98%}{10a}$，故答案为：$\frac{7b×98%}{10a}$；

点评 本题考查制备实验方案的设计，为高频考点，把握制备原理及实验流程中的反应、物质的性质等为解答的关键，侧重分析与实验、计算能力的综合考查，题目难度中等．