Question

20．用磁鐵礦（主要成分Fe₃O₄、含Al₂O₃和SiO₂等雜質(zhì)），制取高純鐵紅的工藝流程如下．
（1）酸浸時(shí)，采用80-90℃的原因加快反應(yīng)速率；鐵粉的作用是將Fe³⁺還原為Fe²⁺．
（2）合成碳酸亞鐵的離子方程式Fe²⁺+HCO₃^-=FeCO₃↓+CO₂↑+H₂O．
（3）圖中“濾液”中主要陽離子是NH₄⁺_；
（4）為了測定磁鐵礦中鐵的含量，稱取80g的磁鐵礦樣品加入足量稀硫酸使其充分溶解，過濾，得溶液100mL，取10mL溶液在酸性條件下用0.4mol•L^-1 KMnO₄溶液滴定，當(dāng)溶液中Fe²⁺ 全部被氧化時(shí)，消耗KMnO₄溶液體積 10.00mL．（已知MnO₄^-被還原為Mn²⁺）
①寫出滴定時(shí)反應(yīng)的離子方程式5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O
②當(dāng)溶液中Fe²⁺ 全部被氧化時(shí)，c（Fe³⁺）=3mol•L^-1，（寫出計(jì)算過程）．

Answer 1

分析 用稀硫酸在80-90℃的左右溶解磁鐵礦（主要成分Fe₃O₄、含Al₂O₃和SiO₂等雜質(zhì)），其中Fe₃O₄、Al₂O₃溶解得到易溶于水的硫酸鐵、硫酸亞鐵及硫酸鋁，加入過量鐵粉將溶液中Fe³⁺全部還原為Fe²⁺，再滴加20%的氨水調(diào)節(jié)溶液pH在5.7左右，使Al³⁺完全轉(zhuǎn)化為Al（OH）₃溶液，通過過濾除去過量鐵粉、氫氧化鋁沉淀及不溶于酸的SiO₂，所得濾液中滴加NH₄HCO₃溶液得FeCO₃沉淀，經(jīng)過過濾、洗滌獲得FeCO₃沉淀，最終將FeCO₃沉淀煅燒得氧化鐵；
（1）酸浸過程中為加快四氧化三鐵和酸反應(yīng)的速率可通過升高溫度來完全；加入過量鐵粉將Fe³⁺還原為Fe²⁺；
（2）在含有Fe²⁺的溶液中滴加NH₄HCO₃溶液得FeCO₃沉淀，結(jié)合離子方程式的書寫方法和電荷守恒、原子守恒寫出此反應(yīng)的離子方程式；
（3）根據(jù)流程圖分析，圖中濾液主要成分為NH₄⁺；
（4）①在含有Fe²⁺的溶液中滴加酸性KMnO₄溶液，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，其中Fe²⁺被氧化為Fe³⁺，MnO₄^-被還原為Mn²⁺，可結(jié)合電子守恒、電荷守恒及原子守恒得此反應(yīng)的離子方程式；
②根據(jù)消耗KMnO₄的物質(zhì)的量，結(jié)合離子反應(yīng)方程式或電子守恒計(jì)算出被氧化的Fe²⁺的物質(zhì)的量，結(jié)合四氧化三鐵的組成計(jì)算出溶液中Fe³⁺總的物質(zhì)的量，再計(jì)算其物質(zhì)的量濃度即可．

解答 解：用磁鐵礦（主要成分Fe₃O₄、含Al₂O₃和SiO₂等雜質(zhì)），制取高純鐵紅的工藝流程：酸浸過程中四氧化三鐵和酸反應(yīng)Fe₃O₄+4H₂SO₄$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$Fe₂（SO₄）₃+FeSO₄+4H₂O生成亞鐵離子、鐵離子和水，氧化鋁和酸反應(yīng)：Al₂O₃+3H₂SO₄═Al₂（SO₄）₃+3H₂O，二氧化硅不反應(yīng)，加入過量鐵粉將Fe³⁺還原為Fe²⁺：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，因K_sp[Fe（OH）₂]=8×10^-16；K_sp[Al（OH）₃]=1.3×10^-33，所以加入20%的NH₃•H₂O，調(diào)PH=5.7，Al³⁺+3NH₃•H₂O═Al（OH）₃↓+3NH₄⁺，過濾得到濾渣為：Fe、SiO₂、Al（OH）₃，濾液中含有Fe²⁺、NH₄⁺，加入碳酸氫銨得到FeCO₃，碳酸亞鐵和氧氣反應(yīng)4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂．
（1）為提高酸浸速率可通過控制溫度在80-90℃的左右來達(dá)到目的；加入過量鐵粉將Fe³⁺還原為Fe²⁺：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，以便下一步進(jìn)行鐵、鋁分離，
故答案為：加快反應(yīng)速率；將Fe³⁺還原為Fe²⁺（或作還原劑）；
（2）向含有Fe²⁺的溶液中滴加NH₄HCO₃溶液，合成沉淀FeCO₃的離子方程式為Fe²⁺+HCO₃^-=FeCO₃↓+CO₂↑+H₂O，
故答案為：Fe²⁺+HCO₃^-=FeCO₃↓+CO₂↑+H₂O；　
（3）加入20%的NH₃•H₂O，調(diào)PH=5.7，Al³⁺+3NH₃•H₂O═Al（OH）₃↓+3NH₄⁺，過濾得到濾渣為：Fe、SiO₂、Al（OH）₃，濾液中含有Fe²⁺、NH₄⁺，加入碳酸氫銨得到FeCO₃，此時(shí)圖中濾液主要成分為NH₄⁺，
故答案為：NH₄⁺；
（4）①根據(jù)氧化還原反應(yīng)原理，在酸性條件下滴加KMnO₄溶液氧化Fe²⁺時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，故答案為：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O；
②滴定時(shí)消耗KMnO₄的物質(zhì)的量為0.4mol•L^-1×0.01L=0.004mol，被氧化的Fe²⁺的物質(zhì)的量為0.004mol×5=0.02mol，則當(dāng)溶液中Fe²⁺ 全部被氧化時(shí)，c（Fe³⁺）=$\frac{0.02mol×3}{0.02L}$=3mol/L，故答案為：3．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了工業(yè)生產(chǎn)流程的分析判斷，鐵、鋁及其化合物性質(zhì)的分析應(yīng)用，涉及中和滴定原理的應(yīng)用，掌握流程分析方法和題干信息的理解應(yīng)用是解題關(guān)鍵，題目難度中等．