Question

8．硫鐵礦燒渣是一種重要的化學(xué)化工產(chǎn)業(yè)中間產(chǎn)物，主要成分是Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO和二氧化硅等．下面是以硫鐵礦燒渣制備高效凈水劑聚合硫酸鐵_m的流程圖：

（1）聚合硫酸鐵_m的鐵元素的化合價(jià)為+3．
（2）實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)“操作I”所用的玻璃儀器有漏斗、玻璃棒和燒杯等．“操作III”系列操作名稱依次為蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶、過濾和洗滌．
（3）“酸溶”過程中Fe₃O₄溶解的化學(xué)反應(yīng)方程式為Fe₃O₄+4H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O．
（4）硫鐵礦燒渣在“酸溶”前要粉碎的主要目的是增大燒渣固體與硫酸的接觸的表面積，加快燒渣的溶解速率．
（5）加入適量H₂O₂的目的是氧化Fe²⁺，寫出該過程中H₂O₂氧化Fe²⁺的離子方程式2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（6）若硫鐵礦燒渣中Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO的物質(zhì)的量之比為1：1：1，且這些氧化物的總物質(zhì)的量為a mol，則流程圖中反應(yīng)I消耗鐵單質(zhì)的物質(zhì)的量至少為$\frac{2}{3}$amol．

Answer 1

分析 硫鐵礦燒渣（主要成分是Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO和二氧化硅），加硫酸加熱酸溶，水浸，過濾出不溶于酸的二氧化硅，濾液中含有硫酸鐵和硫酸亞鐵，加廢鐵皮，F(xiàn)e與三價(jià)鐵離子反應(yīng)生成亞鐵離子，過濾去除多余的鐵，濾液為硫酸亞鐵溶液，然后蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶，得到硫酸亞鐵晶體，晶體中加稀硫酸、雙氧水得到聚合硫酸鐵[Fe₂（OH）_n（SO₄）_3-n/2]_m，
（1）根據(jù)化合價(jià)代數(shù)和為0判斷聚合硫酸鐵中鐵元素的化合價(jià)；
（2）操作I為過濾，根據(jù)過濾操作分析；操作Ⅲ是從硫酸亞鐵溶液中獲得硫酸亞鐵晶體；
（3）Fe₃O₄溶于硫酸生成硫酸鐵和硫酸亞鐵；
（4）增大固體的表面積反應(yīng)速率增大；
（5）酸性條件下H₂O₂氧化Fe²⁺為Fe³⁺，同時(shí)生成水；
（6）若硫鐵礦燒渣中Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO的物質(zhì)的量之比為1：1：1，且這些氧化物的總物質(zhì)的量為a mol，則在a mol硫鐵礦燒渣中含有+3價(jià)的鐵為$\frac{4}{3}$amol，根據(jù)反應(yīng)I：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，可計(jì)算出反應(yīng)I消耗鐵單質(zhì)的物質(zhì)的量．

解答 解：硫鐵礦燒渣（主要成分是Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO和二氧化硅），加硫酸加熱酸溶，水浸，過濾出不溶于酸的二氧化硅，濾液中含有硫酸鐵和硫酸亞鐵，加廢鐵皮，F(xiàn)e與三價(jià)鐵離子反應(yīng)生成亞鐵離子，過濾去除多余的鐵，濾液為硫酸亞鐵溶液，然后蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶，得到硫酸亞鐵晶體，晶體中加稀硫酸、雙氧水得到聚合硫酸鐵[Fe₂（OH）_n（SO₄）_3-n/2]_m，
（1）根據(jù)化合價(jià)代數(shù)和為0可知，聚合硫酸鐵中鐵元素的化合價(jià)為+3價(jià)，
故答案為：+3，
（2）操作I為過濾，過濾操作用到玻璃儀器有 漏斗、玻璃棒和燒杯等；操作Ⅲ是從硫酸亞鐵溶液中獲得硫酸亞鐵晶體，系列操作名稱依次為蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶、過濾和洗滌，
故答案為：漏斗；蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶；
（3）Fe₃O₄溶于硫酸生成硫酸鐵和硫酸亞鐵，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Fe₃O₄+4H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O；
故答案為：Fe₃O₄+4H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O；
（4）硫鐵礦燒渣在“酸溶”前要粉碎的主要目的是增大燒渣固體與硫酸的接觸的表面積，加快燒渣的溶解速率，
故答案為：增大燒渣固體與硫酸的接觸的表面積，加快燒渣的溶解速率；
（5）酸性條件下H₂O₂氧化Fe²⁺為Fe³⁺，同時(shí)雙氧水被還原生成水，其反應(yīng)的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（6）若硫鐵礦燒渣中Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO的物質(zhì)的量之比為1：1：1，且這些氧化物的總物質(zhì)的量為a mol，則在a mol硫鐵礦燒渣中含有+3價(jià)的鐵為$\frac{4}{3}$amol，根據(jù)反應(yīng)I：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，可知鐵單質(zhì)的物質(zhì)的量為$\frac{4}{3}a×\frac{1}{2}$mol=$\frac{2}{3}$amol，
故答案為：$\frac{2}{3}$a．

點(diǎn)評 本題考查制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與評價(jià)，題目難度較大，準(zhǔn)確的分析流程、明確鐵及其化合物的性質(zhì)是解題的關(guān)鍵，側(cè)重學(xué)生分析能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)．