Question

7．實(shí)驗(yàn)室利用硫酸廠燒渣（主要成分為鐵的氧化物及少量FeS、SiO2等）制備聚鐵（堿式硫酸鐵的聚合物）和綠礬（FeSO₄•7H₂O），過程如圖1：

（1）將過程②中的產(chǎn)生的氣體通入下列溶液中，溶液會褪色的是ACD；
A．品紅溶液  B．紫色石蕊溶液    C．酸性KMnO₄溶液    D．溴水
（2）過程①中，F(xiàn)eS和O₂、H₂SO₄反應(yīng)的離子方程式為：4FeS+3O₂+6H₂SO₄=2Fe₂（SO₄）₃+6H₂O+4S；
（3）過程③中，需加入的物質(zhì)是Fe（或鐵）；
（4）實(shí)驗(yàn)室為測量所得到的聚鐵樣品中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)．①用分析天平稱取2.800g樣品；②將樣品溶于足量的鹽酸后，加入過量的氯化鋇溶液；③過濾、洗滌、干燥，稱量，得固體質(zhì)量為3.495g．若該聚鐵主要成分為[（Fe（OH）（SO₄）]_n，則該聚鐵樣品中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%．（假設(shè)雜質(zhì)中不含鐵元素和硫元素）．
（5）如圖2是將過程②產(chǎn)生的氣體SO₂轉(zhuǎn)化為重要的化工原料H₂SO₄的原理示意圖，若得到的硫酸濃度仍為49%，則理論上參加反應(yīng)的SO₂與加入的H₂O的質(zhì)量比為8：15．

Answer 1

分析 燒渣中加入稀硫酸、同時通入氧氣，過濾后，得到固體W中含有S、SiO₂，再灼燒后尾氣中含有二氧化硫．溶液X含有Fe₂（SO₄）₃及未反應(yīng)的硫酸，溶液X中加入Fe粉，反應(yīng)完畢，過濾得到溶液Y為FeSO₄溶液，再經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌等得到綠礬．溶液X調(diào)節(jié)pH得到溶液Z，加熱促進(jìn)Fe³⁺的水解得到聚鐵膠體，再經(jīng)過膠體聚沉得到聚鐵，通過調(diào)節(jié)pH可以控制氫氧化鐵與硫酸鐵的比例關(guān)系，
（1）過程②產(chǎn)生的氣體為SO₂，具有還原性和漂白性；
（2）根據(jù)反應(yīng)物和生成物的種類結(jié)合質(zhì)量守恒書寫化學(xué)方程式；
（3）溶液X中含有Fe³⁺，要制備綠礬，應(yīng)加入Fe使之還原為Fe²⁺；
（4）根據(jù)n（Fe³⁺）=n（SO₄^2-）計(jì)算；
（5）過程②產(chǎn)生的氣體SO₂轉(zhuǎn)化為重要的化工原料H₂SO₄的總方程為：SO₂+H₂O+$\frac{1}{2}$O₂ =H₂SO₄，先設(shè)加入的SO₂的量和加入的水的量，再根據(jù)方程求出生成硫酸的量和消耗的水的量．

解答 解：燒渣中加入稀硫酸、同時通入氧氣，過濾后，得到固體W中含有S、SiO₂，再灼燒后尾氣中含有二氧化硫．溶液X含有Fe₂（SO₄）₃及未反應(yīng)的硫酸，溶液X中加入Fe粉，反應(yīng)完畢，過濾得到溶液Y為FeSO₄溶液，再經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌等得到綠礬．溶液X調(diào)節(jié)pH得到溶液Z，加熱促進(jìn)Fe³⁺的水解得到聚鐵膠體，再經(jīng)過膠體聚沉得到聚鐵，通過調(diào)節(jié)pH可以控制氫氧化鐵與硫酸鐵的比例關(guān)系，
（1）過程②產(chǎn)生的氣體為SO₂，具有還原性和漂白性，因具有漂白性而使品紅褪色，因具有還原性而使具有氧化性的酸性KMnO₄溶液、溴水褪色，
故答案為：ACD；
（2）過程①中，反應(yīng)物為FeS、O₂和H₂SO₄，生成物有S，根據(jù)質(zhì)量守恒還應(yīng)有Fe₂（SO₄）₃和H₂O，
反應(yīng)的化學(xué)方程式為4FeS+3O₂+6H₂SO₄=2Fe₂（SO₄）₃+6H₂O+4S，
故答案為：4FeS+3O₂+6H₂SO₄=2Fe₂（SO₄）₃+6H₂O+4S； 
（3）溶液X中含有Fe³⁺，要制備綠礬，應(yīng)加入Fe使之還原為Fe²⁺，加入鐵可生成Fe²⁺，并且不引入新的雜質(zhì)，
故答案為：Fe（或鐵）；
（4）過濾、洗滌、干燥，稱量，得固體質(zhì)量為3.495g，應(yīng)為BaSO₄沉淀，
n（BaSO₄）=$\frac{3.495g}{233g/mol}$=0.015mol，
則n（Fe³⁺）=n（SO₄^2-）=0.015mol，
m（Fe）=0.015mol×56g/mol=0.84g，
ω（Fe）=$\frac{0.84g}{2.80g}$=28%，
故答案為：30%；
（5）催化劑a處的反應(yīng)為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，催化劑b處的反應(yīng)為：$\frac{1}{2}$O₂+2H⁺+2e^-=H₂O，總方程為：SO₂+H₂O+$\frac{1}{2}$O₂=H₂SO₄設(shè)加入的SO₂為xg，H₂O為yg．則生成硫酸的質(zhì)量為：$\frac{xg×98g/mol}{64g/mol}$，所得溶液中水的質(zhì)量為：y-$\frac{xg×18g/mol}{64g/mol}$，根據(jù)硫酸濃度仍為49%，有$\frac{\frac{98x}{64}}{\frac{98x}{64}+y-\frac{18x}{64}}$=49%，可以求得$\frac{x}{y}$=8：15，
故答案為：8：15．

點(diǎn)評 本題考查較為綜合，涉及物質(zhì)含量的測定、制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)等知識，題目難度較大，注意常見化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作方法及電化學(xué)知識的積累．