Question

(18分)鐵及其他合物在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。請(qǐng)按要求回答下列問(wèn)題：
I．工業(yè)上利用硫酸鐵礦燒渣(主要成分為Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂等)為原料提取Fe₂O₃，工藝流程如下圖1：

(1)濾液X中所含金屬陽(yáng)離子有                      。
(2)步驟②中理論上發(fā)生反應(yīng)的離子方程式依次為                                  。
(3)結(jié)合圖2，分析步驟③調(diào)節(jié)pH的目的是                         。
(4)假設(shè)流程中礦渣中的鐵元素100％轉(zhuǎn)化到產(chǎn)品中，則硫酸鐵礦燒渣樣品中Fe₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍為(含m、n的代數(shù)式)                             。
(5)請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室中以硫酸鐵礦燒渣為原料提取氧化鐵的另一種方案：向硫酸鐵礦燒渣原料中加入過(guò)量稀硫酸、充分?jǐn)嚢�、過(guò)濾，再向?yàn)V液中加入足量的        溶液，接下來(lái)的一系列操作是攪拌、   、洗滌、           ，最后獲得純凈的產(chǎn)品Fe₂O₃。
Ⅱ．幾位同學(xué)用鐵鹽溶液清洗試管中銀鏡，實(shí)驗(yàn)設(shè)想如下：
(6)甲：認(rèn)為含F(xiàn)e³⁺的鹽無(wú)法洗去銀鏡。依據(jù)是Fe³⁺的氧化性(填“強(qiáng)于”或“弱于”)   Ag⁺的氧化性，所以反應(yīng)Fe³⁺+Ag→Fe²⁺+Ag⁺不可以發(fā)生。
(7)乙：查資料發(fā)現(xiàn)，用FeCl₃溶液可以清洗銀鏡，于是他親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)銀鏡迅速消失，另外還觀察到溶液變?yōu)闇\綠色；為驗(yàn)證Fe³⁺的還原產(chǎn)物，可選擇的試劑為                  。結(jié)合甲的分析和自己的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象他得出結(jié)論：反應(yīng)Fe²⁺+Ag→Fe³⁺+Ag是(填“可逆”或“不可逆”)       反應(yīng)。
(8)丙：結(jié)合甲、乙的設(shè)想，他用Fe(NO₃)₃溶液做對(duì)比實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)清洗銀鏡的速率慢許多，他重新觀察乙的實(shí)驗(yàn)試管中有白色沉淀，于是結(jié)合化學(xué)平衡理論分析，得出用FeCl₃溶液清洗銀鏡的離子方程式：                                     。

Answer 1

（1）Fe^3＋、Al^3＋ （2）2Fe^3＋＋Fe＝3Fe^2＋、2H^＋＋Fe＝Fe^2＋＋H₂↑ （3）沉淀鋁離子
（4）小于 ×100%  （5）氫氧化鈉；過(guò)濾；灼燒  （6）弱于
（7）鐵氰化鉀溶液；可逆  （8）Fe^3＋＋Ag＋Cl^－＝Fe^2＋＋AgCl

試題分析：（1）Fe₂O₃、Al₂O₃均能與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鋁、硫酸鐵和水，SiO₂與稀硫酸不反應(yīng)，因此過(guò)濾后濾液X中主要含有鐵離子和鋁離子。
（2）濾液中含有過(guò)量的稀硫酸以及生成硫酸鐵，二者均能與鐵反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式為2Fe^3＋＋Fe＝3Fe^2＋、2H^＋＋Fe＝Fe^2＋＋H₂↑。
（3）根據(jù)圖2可知，隨著溶液pH的升高，鋁離子首先生成氫氧化鋁沉淀，而溶液中的亞鐵離子在留在溶液中，因此調(diào)節(jié)pH的目的是沉淀鋁離子。
（4）根據(jù)流程圖可知，在濾液X中加入鐵粉時(shí)生成亞鐵離子引入了鐵元素。所以最終生成的氧化鐵質(zhì)量大于原礦石中氧化鐵的質(zhì)量。如果加入的鐵粉恰好只與鐵離子反應(yīng)，則n值最小，此時(shí)得出的礦石中氧化鐵的含量最高。設(shè)原礦石中氧化鐵的物質(zhì)的量是amol，則濾液X中鐵離子的物質(zhì)的量是2amol，根據(jù)方程式2Fe^3＋＋Fe＝3Fe^2＋可知生成亞鐵離子的物質(zhì)的量是3amol，因此最終生成的氧化鐵的物質(zhì)的量是1.5amol，即160×1.5amol＝n，解得a＝，所以原礦石中氧化鐵的含量為 ×100%＝×100%，因此樣品中Fe₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍為小于×100%。
（5）由于氫氧化鋁是兩性氫氧化物，因此要從濾液X中獲得氧化鐵，則可以加入過(guò)量的氫氧化鈉溶液，過(guò)濾后得到氫氧化鐵，洗滌后灼燒即可。
（6）根據(jù)金屬活動(dòng)順序表可知，鐵離子的氧化性弱于銀離子的氧化性。
（7）鐵離子的還原產(chǎn)物是亞鐵離子，因此為驗(yàn)證Fe³⁺的還原產(chǎn)物，可選擇的試劑為）鐵氰化鉀溶液；由于鐵離子的氧化性弱于銀離子的氧化性，而反應(yīng)Fe²⁺+Ag→Fe³⁺+Ag可以發(fā)生，這說(shuō)明反應(yīng)應(yīng)該是可逆反應(yīng)。
（8）根據(jù)以上分析可知，硝酸鐵溶液與銀鏡反應(yīng)很慢，與氯化鐵溶液反應(yīng)快，這說(shuō)明由于在反應(yīng)中生成的銀離子與氯離子結(jié)合生成了難溶性物質(zhì)氯化銀，從而促使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，反應(yīng)的方程式為Fe^3＋＋Ag＋Cl^－＝Fe^2＋＋AgCl。