Question

【題目】某課題組以硫鐵礦燒渣（含 Fe2O3、 Fe3O4、 Al2O3、 CaO、 SiO2 等）為原料制取軟磁用 Fe2O3（要求純度>99.2%， CaO 含量<0.01%）。其工藝流程如下(所加入試劑均稍過(guò)量)：

已知：生成氫氧化物的 pH 如下表所示

（1）濾渣 A 的主要成分是__________。

（2）在過(guò)程Ⅱ中可觀(guān)察到產(chǎn)生少量氣泡，溶液顏色慢慢變淺。能解釋該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的離子方程式有__________。

（3）在過(guò)程Ⅱ中，課題組對(duì)濾液 A 稀釋不同倍數(shù)后,加入等質(zhì)量的過(guò)量鐵粉,得出 Fe3+濃度、還原率和反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系如圖所示：結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明：課題組選擇稀釋后c(Fe3+)為 1.60mol/L 左右的理由是______。

（4）在過(guò)程Ⅲ中，課題組在相同條件下，先選用了不同沉鈣劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)下表：（已知：濾液 B 中鈣的含量以 CaO 計(jì)為 290—310mg/L）

沉鈣劑	Na2SO3	H2C2O4	(NH4)2CO3	Na2CO3	NH4F
用量/g	2	2	2	5	2
剩余CaO/mg/L)	290	297	290	190	42

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果， 選擇適宜的沉鈣劑，得到濾渣 C 的主要成分有__________。

（5）在過(guò)程Ⅳ中，反應(yīng)溫度需要控制在 35℃以下，不宜過(guò)高，其可能的原因是__________。

（6）在過(guò)程Ⅴ中，反應(yīng)的化學(xué)方程式是__________。

Answer 1

【答案】 SiO2 Fe+2H+=Fe2++H2↑ Fe+2Fe3+=3Fe2+ c(Fe3+)在1.60mol/L左右時(shí)，反應(yīng)速率更快，F(xiàn)e3+的還原率更高 CaF2、Al(OH)3 溫度過(guò)高，(NH4)2CO3易分解 4FeCO3+O22Fe2O3+4CO2↑

【解析】試題分析：由題中流程可知，燒渣在加熱的條件下經(jīng)硫酸浸取后，過(guò)濾除去不溶物二氧化硅后，向?yàn)V液A中加入足量鐵粉把Fe3+還原為Fe2+，過(guò)濾得濾液B，向?yàn)V液B中加入氨水調(diào)到pH=6.0，使Al3+完全轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁沉淀，然后加入沉淀劑并加熱，待濾液中Ca2+完全沉淀后過(guò)濾，向?yàn)V液C中加入碳酸銨溶液，過(guò)濾、洗滌，得到碳酸亞鐵，最后將碳酸亞鐵在空氣中加熱得到氧化鐵。

（1）澆渣中只有SiO2不溶于硫酸，故濾渣 A 的主要成分是SiO2。

（2）在過(guò)程Ⅱ中可觀(guān)察到產(chǎn)生少量氣泡，溶液顏色慢慢變淺。該過(guò)程共有兩個(gè)離子反應(yīng)發(fā)生，其離子方程式為Fe+2Fe3+=3Fe2+、Fe+2H+=Fe2++H2↑。

（3）由Fe3+濃度、還原率和反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)可知，c(Fe3+)在1.60mol/L左右時(shí)，反應(yīng)速率更快（在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到很高的還原率），F(xiàn)e3+的還原率更高，故課題組選擇稀釋后c(Fe3+)為 1.60mol/L左右。

（4）由表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在相同的條件下，選擇NH4F作為沉鈣劑時(shí)，濾液B中鈣的含量最低，故應(yīng)選擇NH4F作為沉鈣劑，得到濾渣 C 的主要成分有CaF2、Al(OH)3。

（5）在過(guò)程Ⅳ中，使用了碳酸銨作為沉淀劑，反應(yīng)溫度需要控制在35℃以下，不宜過(guò)高，其可能的原因是：溫度過(guò)高，(NH4)2CO3易分解。

（6）在過(guò)程Ⅴ中，碳酸亞鐵在空氣中加熱得到氧化鐵，反應(yīng)的化學(xué)方程式是4FeCO3+O22Fe2O3+4CO2↑ 。