【題目】實驗室利用硫鐵礦燒渣(主要含 Fe2O3、SiO2 )制備堿式硫酸鐵[Fea(OH)b (SO4)c]溶液, 并測定其組成。

(1)酸浸時反應的化學方程式為___。

(2)操作 a 的名稱為___,X ___(填化學式)。

(3) CaCO3 調(diào)節(jié)溶液的 pH,其目的是中和溶液中的酸并使 Fe2(SO4)3 轉化為 Fea(OH)b (SO4)c。若溶 液的 pH 偏高,將會導致溶液中鐵元素的含量降低,其原因是___(用文字表述)。

(4)為測定堿式硫酸鐵的組成,取一定量樣品與足量鹽酸反應,所得溶液平均分為兩份。一份溶液中加入足量的 BaCl2 溶液,得到白色沉淀 1.7475 g。另一份溶液,先將 Fe3+還原為 Fe2+,充分反應后向溶液中滴加 0.02000 mol·L1 K2 Cr2O7溶液,完全反應時消耗K2 Cr2O7溶液 50.00 mL。求該樣品的化學式(已知:Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O)__________________。(請寫出計算過程)

【答案】Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O 過濾 SiO2 溶液的pH偏高,將會導致溶液中的鐵元素形成Fe(OH)3沉淀 n(SO42-)=n(BaSO4)=1.7475g÷233g/mol=0.0075mol

Cr2O72-6Fe2+14H+=2Cr3+6Fe3+7H2O可知:6Fe2+Cr2O72-,則堿式硫酸鐵中n(Fe3+)=0.02mol/L×0.05Lmol×6=0.006mol

根據(jù)電荷守恒3n(Fe3+)=2n(SO42-)+n(OH-),則n(OH-)=0.006mol×3-0.0075mol×2=0.003mol

堿式硫酸鐵中n(Fe3+):n(OH-):n(SO42-)=0.006mol0.003mol0.0075mol=425

所以堿式硫酸鐵的化學式為Fe4(OH)2(SO4)5

【解析】

硫鐵礦燒渣(主要含Fe2O3SiO2等)和稀硫酸混合,發(fā)生反應Fe2O3+3H2SO4═Fe2SO43+3H2O,SiO2和稀硫酸不反應,過濾得濾渣為SiO2,濾液中含有Fe2SO43,加入CaCO3粉末,調(diào)節(jié)溶液的pH,發(fā)生反應生成CaSO4、堿式硫酸鐵溶液和CO2,濾渣的成分主要為CaSO4,過濾得濾液,Fe2(SO4)3轉化為Fea(OH)b(SO4)c。

1)酸浸過程中氧化鐵和硫酸反應生成硫酸鐵和水;

2)根據(jù)分析可知,操作a為過濾,XSiO2

3)若溶液的pH偏高,溶液中的Fe3+OH-發(fā)生離子反應生成FeOH3沉淀使溶液中鐵元素的含量降低;

4)根據(jù)堿式硫酸鐵[Fea(OH)b(SO4)c]中鐵離子和硫酸根離子的守恒,計算出堿式硫酸鐵中Fe3+和硫酸根離子的物質(zhì)的量,再根據(jù)電荷守恒計算OH-的物質(zhì)的量,從而求得該樣品的化學式。

1)通過分析可知,酸浸時反應的化學方程式為Fe2O3+3H2SO4═Fe2SO43+3H2O,故答案為:Fe2O3+3H2SO4=Fe2SO43+3H2O。

2)二氧化硅和硫酸不反應,所以X的成分為SiO2,操作a為過濾,故答案為:過濾,SiO2。

3)通過分析可知,若溶液的pH偏高,溶液中的Fe3+OH-發(fā)生離子反應生成FeOH3沉淀使溶液中鐵元素的含量降低,故答案為:溶液的pH偏高,將會導致溶液中的鐵元素形成Fe(OH)3。

4)n(SO42-)=n(BaSO4)=1.7475g÷233g/mol=0.0075mol

Cr2O72-6Fe2+14H+=2Cr3+6Fe3+7H2O可知:6Fe2+Cr2O72-,則堿式硫酸鐵中n(Fe3+)=0.02mol/L×0.05Lmol×6=0.006mol

根據(jù)電荷守恒3n(Fe3+)=2n(SO42-)+n(OH-),則n(OH-)=0.006mol×3-0.0075mol×2=0.003mol

堿式硫酸鐵中n(Fe3+):n(OH-):n(SO42-)=0.006mol0.003mol0.0075mol=425

所以堿式硫酸鐵的化學式為Fe4(OH)2(SO4)5。

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Ⅱ.下圖是用硫鐵礦燒渣(主要成分為Fe2O3、Fe3O4、SiO2)為原料制備高純氧化鐵的生產(chǎn)流程示意圖

回答下列問題

(1)酸浸、過濾后濾液A中的金屬陽離子是 ___________ 。

(2)煅燒FeCO3生成產(chǎn)品的化學方程式為___________。

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2銫與水起劇烈反應,放出________色氣體,同時使滴有紫色石蕊試液的溶液顯________色,因為______________________(寫出化學方程式)

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已知:①浸出液含有的陽離子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Ca2+、Mg2+、A13+等;

②部分陽離子以氫氧化物形式開始沉淀和完全沉淀時的pH如下表:

沉淀物

Fe(OH)3

Fe(OH)2

Co(OH)2

Al(OH)3

Mn(OH)2

開始沉淀

2.7

7.6

7.6

4.0

7.7

完全沉淀

3.7

9.6

9.2

5.2

9.8

請回答下列問題:

(1)上述工藝流程圖中操作a的名稱:_______________。

(2)寫出“浸出”時Co2O3發(fā)生反應的離子方程式:____________________。

(3)加入NaC1O3的作用是________________ 。

(4)萃取劑對金屬離子的萃取率與pH的關系如圖。使用萃取劑最適宜的pH范圍是_________(填字母序號)。

A.2.0~2.5 B. 3.0~3.5 C. 5.0~5.5 D. 9.5~9.8

(5)“除鈣”“鎂”是將溶液中Ca2+與Mg2+轉化為MgF2、CaF2沉淀。已知某溫度下,Ksp(MgF2)=7.35×10-11, Ksp(CaF2)=1.50×10-10。當加入過量NaF,所得濾液中c(Mg2+)/c(Ca2+)=_______________。

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某探究活動小組根據(jù)上述制堿原理,進行碳酸氫鈉的制備實驗,同學們按各自設計方案實驗。一位同學將二氧化碳氣體通入含氨的飽和食鹽水中制備碳酸氫鈉,實驗裝置如下圖所示(圖中夾持、固定用的儀器未畫出)。

(1)裝置甲中用稀鹽酸與CaCO3反應制備CO2發(fā)現(xiàn)CaCO3與試管內(nèi)的稀鹽酸不能接觸,在加稀鹽酸時,發(fā)現(xiàn)試劑瓶中的稀鹽酸已用完,為使反應能順利進行,可向長頸漏斗中加入的試劑是______________

A.H2SO4溶液 B.CCl4 C. D.稀硝酸

(2)乙裝置中的試劑是______________;丁裝置中稀硫酸的作用是______________。

(3)另一位同學用圖中戊裝置(其他裝置未畫出)進行實驗。實驗時,須先從______________管通入 __________氣體。

(4)有同學建議在戊裝置的b管下端連接己裝置,理由是______________ 。

(5)下表中所列出的是相關物質(zhì)在不同溫度下的溶解度數(shù)據(jù)(g/100 g):

0 ℃

10 ℃

20 ℃

30 ℃

40 ℃

50 ℃

NaCl

35.7

35.8

36.0

36.3

36.6

37.0

NaHCO3

6.9

8.1

9.6

11.1

12.7

14.5

NH4Cl

29.4

33.3

37.2

41.4

45.8

50.4

參照表中數(shù)據(jù),請分析丙、戊裝置中使用冷卻水或者冰水的原因______________。

(6)根據(jù)侯氏制堿原理制備少量NaHCO3的實驗,經(jīng)過制取氨氣、制取NaHCO3、分離NaHCO3、干燥NaHCO3四個步驟,下列圖示裝置和原理能達到實驗目的的是______________。

(7)該小組同學為了測定丙中所得晶體的碳酸氫鈉的純度(假設晶體中不含碳酸鹽雜質(zhì)),將晶體充分干燥后,稱量質(zhì)量為w g。再將晶體加熱到質(zhì)量不再變化時,稱量所得粉末質(zhì)量為m g。然后進行下圖所示實驗

①在操作中,為了判斷加入氯化鈣溶液是否過量,其中正確的是 ______________ (填字母)。

a.在加入氯化鈣溶液后,振蕩靜置,向溶液中繼續(xù)加入少量氯化鈣溶液

b.在加入氯化鈣溶液后,振蕩、靜置,向溶液中再加入少量碳酸鈉溶液

c.在加入氯化鈣溶液后,振蕩、靜置,取上層清液再加入少量碳酸鈉溶液

②所得晶體中碳酸氫鈉的純度為______________。

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A.稀硫酸B.NaOH溶液C.鹽酸D.稀硝酸

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