Question

6．工業(yè)上采用硫鐵礦焙燒取硫后的燒渣（主要成分為Fe₂O₃、SiO₂、A1₂O₃，不考慮其他雜質(zhì)）制取FeSO₄•7H₂O，其制備工藝流程如圖1：

結(jié)合所學知識回答：
（1）溶解燒渣選用的酸應為H₂SO₄（填化學式），選用的試劑X為鐵屑（填試劑名稱）．
（2）加入NaOH控制pH的目的是沉淀鋁離子生成氫氧化鋁沉淀．
（3）從溶液2得到FeSO₄•7H₂O的實驗操作主要步驟是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌、干燥．
（4）為了測定獲得的綠礬產(chǎn)品的純度，進行了如下實驗操作：
I．稱取2.850g綠礬產(chǎn)品，溶解，用250mL容量瓶配制成待測液；
II．量取25.00mL待測溶液置于錐形瓶中；
III．用硫酸酸化的0.01000mol/LKMnO₄溶液滴定至終點，消耗KMnO₄溶液體積的平均值為 20.00mL．
①判斷此滴定實驗達到終點的方法是滴加最后一滴KMnO₄溶液時，溶液變成淺紅色且半分鐘內(nèi)不褪色．
②該滴定反應的離子方程式為MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O．
③上述樣品中FeSO₄•7H₂O的純度為97.54%．
（5）古代煉丹家以綠礬（FeSO₄•7H₂O）為原料，放在煉丹爐中鍛燒可制得綠礬油．圖2是2.780g綠礬隔絕空氣受熱分解時，所得固體產(chǎn)物的質(zhì)量隨溫度變化的曲線．將加熱產(chǎn)生的所有氣體通入足量的BaCl₂溶液，得到白色沉淀1.165g．則t₁～t₂段發(fā)生反應的化學方程式為2FeSO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₃↑+SO₂ ↑．

Answer 1

分析 硫鐵礦焙燒取硫后的燒渣（主要成分為Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃，不考慮其他雜質(zhì)）中加入足量稀硫酸，發(fā)生的反應有Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O、Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O，SiO₂不溶于稀硫酸，然后過濾，得到的固體1成分為SiO₂，濾液1中含有Fe₂（SO₄）₃、H₂O、Al₂（SO₄）₃；在濾液1中加入X，然后加入NaOH溶液并調(diào)節(jié)溶液的pH，得到固體Al（OH）₃ 和溶液2，從溶液2中能得到FeSO₄•7H₂O晶體，說明溶液2中溶質(zhì)為FeSO₄，則X具有還原性，能將Fe³⁺氧化為Fe²⁺，且不能引進新的雜質(zhì)，則X為Fe，加入試劑X發(fā)生的離子反應有2 Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺、Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，將溶液2蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾得到FeSO₄•7H₂O晶體，據(jù)此分析解答，
（1）酸溶不能引入雜質(zhì)離子選擇硫酸，X具有還原性，能將Fe³⁺氧化為Fe²⁺，且不能引進新的雜質(zhì)，則X為Fe，
（2）通過以上分析知，固體1為難溶于稀硫酸的SiO₂，固體2為氫氧化鋁Al（OH）₃，加入NaOH溶液并調(diào)節(jié)溶液的pH，沉淀鋁離子；
（3）從溶液中獲取晶體的操作是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥等步驟；
（4）①根據(jù)題中實驗步驟可知，滴定實驗達到終點時，溶液中的高錳酸鉀不完全褪色，溶液呈淺紅色；
②酸性KMnO₄被FeSO₄還原時生成Mn²⁺，同時生成鐵離子，根據(jù)電荷守恒和元素守恒書寫離子方程式；
③根據(jù)電子得失守恒有關(guān)系式MnO₄^-～5Fe²⁺，滴定中用去的高錳酸鉀的物質(zhì)的量為0.0100mol/L×0.02L=0.0002mol，所以2.850g綠礬產(chǎn)品中FeSO₄•7H₂O的物質(zhì)的量為$\frac{250}{25}$×5×0.0002mol=0.01mol，據(jù)此計算樣品中FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量分數(shù)；
（5）根據(jù)元素守恒，及綠礬油是一種無色粘稠液體，可用于除掉兵器上的鐵銹即能與氧化鐵反應，可知綠礬油應為濃硫酸；2.78g的FeSO₄•7H₂O晶體的物質(zhì)的量 $\frac{2.78g}{278g/mol}$=0.01mol，加熱生成FeSO₄時的質(zhì)量為1.52g，再將FeSO₄加熱產(chǎn)生的所有氣體通入足量的BaCl₂溶液，得自色沉淀應為硫酸鋇1.165g，即0.005mol，則說明產(chǎn)生三氧化硫為0.005mol，其質(zhì)量為0.4g，得到鐵的氧化物為0.8g，結(jié)合鐵元素為0.01mol可知，該氧化物為Fe₂O₃，根據(jù)質(zhì)量守恒可知，加熱還產(chǎn)生二氧化硫的質(zhì)量為1.52g-0.8g-0.4g=0.32g，即為0.005mol，據(jù)此答題．

解答 解：硫鐵礦焙燒取硫后的燒渣（主要成分為Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃，不考慮其他雜質(zhì)）中加入足量稀硫酸，發(fā)生的反應有Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O、Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O，SiO₂不溶于稀硫酸，然后過濾，得到的固體1成分為SiO₂，濾液1中含有Fe₂（SO₄）₃、H₂O、Al₂（SO₄）₃；在濾液1中加入X，然后加入NaOH溶液并調(diào)節(jié)溶液的pH，得到沉淀Al（OH）₃ 和溶液2，從溶液2中能得到FeSO₄•7H₂O晶體，說明溶液2中溶質(zhì)為FeSO₄，則X具有還原性，能將Fe³⁺氧化為Fe²⁺，且不能引進新的雜質(zhì)，則X為Fe，加入試劑X發(fā)生的離子反應有2 Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺、Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，將溶液2蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾得到FeSO₄•7H₂O晶體，
（1）制取七水合硫酸亞鐵，為不引入雜質(zhì)，故酸應選擇H₂SO₄，試劑X的作用是將鐵離子還原為亞鐵離子，不引入新雜質(zhì)，X為鐵單質(zhì)；
故答案為：H₂SO₄；鐵屑；
（2）通過以上分析知，固體1為難溶于稀硫酸的SiO₂，固體2為氫氧化鋁Al（OH）₃，加入NaOH溶液并調(diào)節(jié)溶液的pH，得到固體Al（OH）₃，
故答案為：沉淀鋁離子生成氫氧化鋁沉淀；
（3）從溶液中獲取晶體的操作是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥，
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌、干燥；
（4）①根據(jù)題中實驗步驟可知，滴定實驗達到終點時，溶液中的高錳酸鉀不完全褪色，溶液呈淺紅色，所以判斷滴定實驗達到終點的現(xiàn)象是滴加最后一滴KMnO₄溶液時，溶液變成淺紅色且半分鐘內(nèi)不褪色，
故答案為：滴加最后一滴KMnO₄溶液時，溶液變成淺紅色且半分鐘內(nèi)不褪色；
②酸性KMnO₄被FeSO₄還原時生成Mn²⁺，同時生成鐵離子，反應的離子方程式為MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，
故答案為：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O；
③根據(jù)電子得失守恒有關(guān)系式MnO₄^-～5Fe²⁺，滴定中用去的高錳酸鉀的物質(zhì)的量為0.0100mol/L×0.02L=0.0002mol，所以2.850g綠礬產(chǎn)品中FeSO₄•7H₂O的物質(zhì)的量為：$\frac{250}{25}$×5×0.0002mol=0.01mol，所以樣品中FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量分數(shù)為：$\frac{0.01mol×278g/mol}{2.85g}$×100%=97.54%，
故答案為：97.54%；
（5）根據(jù)元素守恒，及綠礬油是一種無色粘稠液體，可用于除掉兵器上的鐵銹即能與氧化鐵反應，可知綠礬油應為濃硫酸；2.78g的FeSO₄•7H₂O晶體的物質(zhì)的量 $\frac{2.78g}{278g/mol}$=0.01mol，加熱生成FeSO₄時的質(zhì)量為1.52g，再將FeSO₄加熱產(chǎn)生的所有氣體通入足量的BaCl₂溶液，得自色沉淀應為硫酸鋇1.16g，即0.005mol，則說明產(chǎn)生三氧化硫為0.005mol，其質(zhì)量為0.4g，得到鐵的氧化物為0.8g，結(jié)合鐵元素為0.01mol可知，該氧化物為Fe₂O₃，根據(jù)質(zhì)量守恒可知，加熱還產(chǎn)生二氧化硫的質(zhì)量為1.52g-0.8g-0.4g=0.32g，即為0.005mol，所以發(fā)生反應的化學方程式為2FeSO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₃↑+SO₂ ↑，
故答案為：2FeSO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₃↑+SO₂ ↑．

點評 本題考查物質(zhì)制備、化學工藝流程、物質(zhì)的分離提純、氧化還原滴定應用等知識，題目難度中等，明確實驗原理是解題的關(guān)鍵，需要學生具備扎實的基礎(chǔ)知識與綜合運用知識分析問題、解決問題的能力，題目難度中等．