Question

3．鐵及其化合物在日常生活、生產中應用廣泛．
（1）某溫度下，K_sp（FeS）=8.1×10^-17，FeS飽和溶液中c（H⁺）與c（S^2-）之間存在關系：
c²（H⁺）•c（S^2-）=1.0×10^-22，為了使溶液里c（Fe²⁺）達到1mol•L^-1，現將適量FeS投入其飽和溶液中，應調節(jié)溶液中的pH約為B（填字母）．     
A．2  B．3  C．4  D．5
（2）氧化鐵紅顏料跟某些油料混合，可以制成防銹油漆．以黃鐵礦為原料制硫酸產生的硫酸渣中含Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等，用硫酸渣制備鐵紅（Fe₂O₃）的過程如下：


①酸溶過程中Fe₂O₃發(fā)生反應的離子方程式為Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄）₃+3H₂O；“濾渣A”主要成分的化學式為SiO₂．
②還原過程中加入FeS₂的目的是將溶液中的Fe³⁺還原為Fe²⁺，而本身被氧化為H₂SO₄，請完成該反應的離子方程式：FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O═15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺
③氧化過程中，O₂、NaOH與Fe²⁺反應的離子方程式為4Fe²⁺+O₂+2H₂O+8OH^-=4Fe（OH）₃↓．
④為了確保鐵紅的質量和純度，氧化過程需要調節(jié)溶液的pH的范圍是3.2～3.8．

沉淀物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Fe（OH）2	Mg（OH）2
開始沉淀pH	2.7	3.8	7.6	9.4
完全沉淀pH	3.2	5.2	9.7	12.4

如果pH過大，可能引起的后果是Al³⁺、Mg²⁺形成沉淀，使制得的鐵紅不純（幾種離子沉淀的pH見上表）．
⑤濾液B可以回收的物質有ABD（填序號）．
A．Na₂SO₄     B．Al₂（SO₄）₃     C．Na₂SiO₃   D．MgSO₄．

Answer 1

分析 （1）根據硫化亞鐵的溶度積常數和亞鐵離子濃度計算硫離子濃度，再根據氫硫酸的電離平衡常數計算氫離子濃度，最后利用pH計算公式計算溶液的pH；
（2）硫酸渣中含Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等，稀硫酸溶解主要除去不與酸反應的SiO₂，加入FeS₂將溶液中的Fe³⁺還原為Fe²⁺，再加氫氧化鈉和空氣，調節(jié)溶液的pH的范圍是3.2～3.8主要是使三價鐵沉淀，而二價鎂，三價鋁都不沉淀，最后洗滌、烘干、研磨使氫氧化鐵分解生成氧化鐵，從而得到鐵紅；
①氧化鐵屬于堿性氧化物，與酸反應生成鹽和水；Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO都和硫酸反應，二氧化硅不和酸反應；
②根據得失電子守恒和原子守恒來配平，FeS₂中S元素的化合價從-1價升高到+6價，2個S原子轉移14個電子，Fe³⁺轉移1個電子，則二者的計量數之比為1：14，根據S守恒可知SO₄^2-前面的化學計量數為2，根據氧守恒可知H₂0前面化學計量數為8，根據H守恒可知H+前化學計量數為16；
③NaOH與Fe²⁺反應生成的氫氧化亞鐵易被氧化；
④根據幾種離子沉淀的pH分析；
⑤因加入的是氫氧化鈉來調節(jié)PH，所以濾液B中應是未沉淀離子的硫酸鹽和硫酸鈉．

解答 解：（1）溶液中c（S^2-）=$\frac{Ksp}{c（F{e}^{2+}）}$=$\frac{8.1×1{0}^{-17}}{1}$mol/L=8.1×10^-17mol/L，c²（H⁺）•c（S^2-）=1.0×10^-22，則c（H⁺）=$\sqrt{\frac{1×1{0}^{-22}}{8.1×1{0}^{-17}}}$mol/L=1.11×10^-3mol/L，pH=-lg1.11×10^-3=3；
故選B；
（2）硫酸渣中含Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等，稀硫酸溶解主要除去不與酸反應的SiO₂，加入FeS₂將溶液中的Fe³⁺還原為Fe²⁺，再加氫氧化鈉和空氣，調節(jié)溶液的pH的范圍是3.2～3.8主要是使三價鐵沉淀，而二價鎂，三價鋁都不沉淀，最后洗滌、烘干、研磨使氫氧化鐵分解生成氧化鐵，從而得到鐵紅；
①氧化鐵與硫酸反應生成硫酸鐵和水，方程式為：Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄） ₃+3H₂O；因二氧化硅不與硫酸反應，故“濾渣A”主要成份的化學式為SiO₂．
故答案為：Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄）₃+3H₂O；SiO₂；
②FeS₂中S元素的化合價從-1價升高到+6價，2個S原子轉移14個電子，Fe³⁺轉移1個電子，則二者的計量數之比為1：14，根據S守恒可知SO₄^2-前面的化學計量數為2，根據氧守恒可知H₂0前面化學計量數為8，根據H守恒可知H+前化學計量數為16，則反應的離子方程式為：1FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O═15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺，
故答案為：14；8H₂O；16H⁺；15；2；16H⁺；
③Fe²⁺與OH^-反應生成4Fe（OH）₂，Fe（OH）₂不穩(wěn)定易被氧氣氧化為Fe（OH）₃，用化合價升價法配平方程式為4Fe²⁺+O₂+2H₂O+8OH^-=4Fe（OH）₃↓，
故答案為：4Fe²⁺+O₂+2H₂O+8OH^-=4Fe（OH）₃↓；
④根據幾種離子沉淀的pH，如果pH過大，Al³⁺、Mg²⁺形成沉淀，使制得的鐵紅不純；
故答案為：Al³⁺、Mg²⁺形成沉淀，使制得的鐵紅不純；
⑤未沉淀的離子為Na⁺、Mg²⁺、Al³⁺，故濾液B可以回收的物質有：Na₂SO₄、Al₂（SO₄）₃、MgSO₄，
故選：ABD．

點評 本題考查了物質制備方案的設計及化學實驗基本操作方法的綜合應用，題目難度中等，明確制備流程及化學實驗基本操作方法為解答關鍵，試題充分考查了學生的分析、理解能力及化學實驗能力．