Question

4．硫鐵礦燒渣是硫鐵礦生產(chǎn)硫酸過程中產(chǎn)生的工業(yè)廢渣（主要含F(xiàn)e₂O₃及少量SiO₂、A1₂O₃等雜質(zhì)）．用該燒渣制取藥用輔料--紅氧化鐵的工藝流程如下：

（1）在“還原焙燒”中產(chǎn)生的有毒氣體可能有CO、SO₂等．
（2）“酸浸”時間一般不超過20min，若在空氣中酸浸時間過長，溶液中Fe²⁺含量將下降，其原因是4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O（用離子方程式表示）．
（3）根據(jù)下表數(shù)據(jù)：

氫氧化物	Al（OH）3	Fe（OH）3	Fe（OH）2
開始沉淀的pH	3.10	2.01	7.11
完全沉淀的pH	4.77	3.68	9.61

在“除雜”步驟中，為除去Fe³⁺和Al³⁺，溶液的pH最大值應小于7.11，檢驗
Fe³⁺已經(jīng)除盡的試劑是KSCN溶液．
（4）“中和合成”的目的是將溶液中Fe²⁺轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓醽嗚F沉淀，則操作B是洗滌、干燥．
（5）煅燒A的反應方程式是4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;煅燒\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂．
（6）a g燒渣經(jīng)過上述工藝可得紅氧化鐵b g．藥典標準規(guī)定，制得的紅氧化鐵中含氧化鐵不得少于98.0%，則所選用的燒渣中鐵的質(zhì)量分數(shù)應不低于$\frac{7b×98%}{10a}$（用含a、b的表達式表示）．

Answer 1

分析 工業(yè)廢渣主要含F(xiàn)e₂O₃及少量SiO₂、A1₂O₃、CaO、MgO等雜質(zhì)，加煤燃燒可生成CO、SO₂等有毒氣體，加硫酸后只有二氧化硅不反應，酸浸時間過長，溶液中Fe²⁺含量將下降，被氧化生成Fe³⁺，過濾除去二氧化硅，然后除雜時結(jié)合生成沉淀的pH可知，pH大于4.77，小于7.11時Fe³⁺和Al³⁺完全轉(zhuǎn)化為沉淀，而亞鐵離子沒有轉(zhuǎn)化為沉淀，“中和合成”的目的是將溶液中Fe²⁺轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓醽嗚F沉淀，過濾得到A為碳酸亞鐵，需要洗滌、干燥，然后加熱得到氧化鐵，以此來解答．
（1）加煤燃燒可生成CO、SO₂等有毒氣體；
（2）亞鐵離子被氧化為鐵離子；
（3）除去Fe³⁺和Al³⁺，依據(jù)圖表中沉淀所需PH分析判斷，檢驗鐵離子可以使用KSCN溶液；
（4）A為碳酸亞鐵，需要洗滌、干燥；
（5）煅燒A（FeCO₃）生成氧化鐵和二氧化碳，原子守恒配平書寫化學方程式；
（6）制得的紅氧化鐵中含氧化鐵不得少于98.0%，制取的紅氧化鐵bg中含有的鐵的物質(zhì)的量應該大于：
$\frac{bg×98%}{160g/mol}$×2=$\frac{b×98%}{80}$mol，據(jù)此計算質(zhì)量分數(shù)；

解答 解：工業(yè)廢渣主要含F(xiàn)e₂O₃及少量SiO₂、A1₂O₃、CaO、MgO等雜質(zhì)，加煤燃燒可生成CO、SO₂等有毒氣體，加硫酸后只有二氧化硅不反應，酸浸時間過長，溶液中Fe²⁺含量將下降，被氧化生成Fe³⁺，過濾除去二氧化硅，然后除雜時結(jié)合生成沉淀的pH可知，pH大于4.77，小于7.11時Fe³⁺和Al³⁺完全轉(zhuǎn)化為沉淀，而亞鐵離子沒有轉(zhuǎn)化為沉淀，“中和合成”的目的是將溶液中Fe²⁺轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓醽嗚F沉淀，過濾得到A為碳酸亞鐵，需要洗滌、干燥，然后加熱得到氧化鐵，
（1）由上述分析可知，“還原焙燒”中產(chǎn)生的有毒氣體可能有CO、SO₂等，
故答案為：CO、SO₂等；
（2）在空氣中酸浸時間過長，溶液中Fe²⁺含量將下降，其原因是4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O；
（3）除去Fe³⁺和Al³⁺，依據(jù)圖表中沉淀所需PH分析，溶液PH小于7.11時，亞鐵離子不沉淀，鐵離子和鋁離子完全沉淀，檢驗鐵離子可以使用KSCN溶液，
故答案為：7.11；KSCN溶液；       
（4）A為碳酸亞鐵，需要洗滌、干燥，然后加熱得到氧化鐵，
故答案為：洗滌、干燥；
（5）煅燒A（FeCO₃）生成氧化鐵，反應方程式為：4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;煅燒\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂，
故答案為：4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;煅燒\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂；
（6）制得的紅氧化鐵中含氧化鐵不得少于98.0%，制取的紅氧化鐵bg中含有的鐵的物質(zhì)的量應該大于：
$\frac{bg×98%}{160g/mol}$×2=$\frac{b×98%}{80}$mol，則所選用的燒渣中鐵的質(zhì)量分數(shù)應不低于：$\frac{\frac{b×98%}{80}×56g/mol}{ag}$=$\frac{7b×98%}{10a}$，故答案為：$\frac{7b×98%}{10a}$；

點評 本題考查制備實驗方案的設計，為高頻考點，把握制備原理及實驗流程中的反應、物質(zhì)的性質(zhì)等為解答的關鍵，側(cè)重分析與實驗、計算能力的綜合考查，題目難度中等．