Question

15．一學習小組用100g某硫鐵礦燒渣（主要成分為Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃）制備綠礬（FeSO₄•7H₂O），主要流程如圖：

請回答下列問題：
（1）硫鐵礦燒渣中加入硫酸酸浸往往需要升溫，目的是提高浸取效率，操作1的名稱是過濾，濾渣A是SiO₂．
（2）試劑C為鐵粉，加入該試劑的目的是2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺  （用離子方程式表示）．
（3）調(diào)節(jié)溶液D的pH目的是使Al³⁺轉(zhuǎn)化為Al（OH）₃沉淀．
（4）己知常溫下Al（OH）₃的Ksp=l.0×10^-33，若溶液中c（Al³⁺）為1.0mol/L，請計算Al³⁺開始沉淀的pH=3．
（5）依據(jù)上述流程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，求該硫鐵礦燒渣中Fe₂O₃的質(zhì)量分數(shù)為48%．
（本實驗各操作中損失的硫酸鹽、硫酸及調(diào)pH后溶液呈微酸性殘留的硫酸忽略不計）

Answer 1

分析 硫鐵礦燒渣用足量的硫酸浸取，F(xiàn)e₂O₃、Al₂O₃會與硫酸反應(yīng)，分別生成Fe₂（SO₄）₂和Al₂（SO₄）₂，而SiO₂不反應(yīng)，過濾把SiO₂除去，然后再向濾液中加入足量的鐵粉，將Fe³⁺轉(zhuǎn)化成Fe²⁺，加入碳酸亞鐵調(diào)節(jié)溶液的pH，使Al³⁺轉(zhuǎn)化為Al（OH）₃沉淀過濾除去，得到FeSO₄溶液，再經(jīng)過加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌得到FeSO₄•7H₂O．
（1）升高溫度，反應(yīng)速率加快；操作1是分離互不相溶的固體與液態(tài)；濾渣A是二氧化硅；
（2）試劑C是鐵粉，加入足量的鐵粉將Fe³⁺轉(zhuǎn)化成Fe²⁺；
（3）加入碳酸亞鐵調(diào)節(jié)溶液的pH，使Al³⁺轉(zhuǎn)化為Al（OH）₃沉淀過濾除去；
（4）K_sp[Al（OH）₃]=c（Al³⁺）×c³（OH^-）=1.0×10^-33計算開始沉淀時c（OH^-），再根據(jù)水的離子積計算溶液中c（H⁺），根據(jù)pH=-lgc（H⁺）計算；
（5）操作Ⅱ消耗Fe的質(zhì)量為22.4g-5.6g=16.8g，根據(jù)2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺計算n（Fe³⁺），可得氧化鐵的物質(zhì)的量，進而計算Fe₂O₃的質(zhì)量分數(shù)．

解答 解：硫鐵礦燒渣用足量的硫酸浸取，F(xiàn)e₂O₃、Al₂O₃會與硫酸反應(yīng)，分別生成Fe₂（SO₄）₂和Al₂（SO₄）₂，而SiO₂不反應(yīng)，過濾把SiO₂除去，然后再向濾液中加入足量的鐵粉，將Fe³⁺轉(zhuǎn)化成Fe²⁺，加入碳酸亞鐵調(diào)節(jié)溶液的pH，使Al³⁺轉(zhuǎn)化為Al（OH）₃沉淀過濾除去，得到FeSO₄溶液，再經(jīng)過加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌得到FeSO₄•7H₂O．
（1）升高溫度，反應(yīng)速率加快，可以提高浸取效率；操作1是分離互不相溶的固體與液態(tài)，采取過濾操作；濾渣A是SiO₂，
故答案為：提高浸取效率；過濾；SiO₂；
（2）試劑C是鐵粉，加入足量的鐵粉將Fe³⁺轉(zhuǎn)化成Fe²⁺，反應(yīng)離子方程式為：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，
故答案為：鐵粉；2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
（3）加入碳酸亞鐵調(diào)節(jié)溶液的pH，使Al³⁺轉(zhuǎn)化為Al（OH）₃沉淀過濾除去，
故答案為：使Al³⁺轉(zhuǎn)化為Al（OH）₃沉淀；
（4）溶液中c（Al³⁺）=1.0mol/L，K_sp[Al（OH）₃]=c（Al³⁺）×c³（OH^-）=1.0×10^-33，可知開始沉淀時c（OH^-）=1×10^-11mol/L，則溶液中c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-11}}$mol/L=1×10^-3，此時溶液pH=-lgc（H⁺）=1×10^-3=3，
故答案為：3；
（5）操作Ⅱ消耗Fe的質(zhì)量為22.4g-5.6g=16.8g，其物質(zhì)的量為$\frac{16.8g}{56g/mol}$=0.3mol，根據(jù)2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺可知n（Fe³⁺）=2×0.3mol=0.6mol，故氧化鐵的物質(zhì)的量為$\frac{0.6mol}{2}$=0.3mol，F(xiàn)e₂O₃的質(zhì)量分數(shù)為$\frac{0.3mol×160g/mol}{100g}$=48%，
故答案為：48%．

點評 本題屬于物質(zhì)制備工藝流程題目，涉及物質(zhì)的分離提純、對操作與原理的分析評價、溶度積有關(guān)計算、物質(zhì)含量計算等，關(guān)鍵是理解工藝流程中各操作原理，熟練掌握元素化合物知識，難度中等．