Question

6．以赤鐵礦（主要成分為60.0%Fe₂O₃，雜質(zhì)有3.6%FeO，Al₂O₃，MnO₂，CuO等）為原料制備高活性鐵單質(zhì)的主要生產(chǎn)流程如圖所示：

     已知部分陽離子以氫氧化物形式完全深沉?xí)r溶液的pH如表所示，請回答下列問題：

沉淀物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Fe （OH）2	Cu （OH）2
pH	3.4	5.2	9.7	6.7

（1）含雜質(zhì)的赤鐵礦使用前要將其粉碎，目的是增大固液接觸面積，加快浸出反應(yīng)速率，提高浸出率．操作Ⅰ的名稱是過濾． 
（2）將操作Ⅰ后所得的MnO2與KClO3、KOH溶液混合共熱，可得到K₂MnO₄，此反應(yīng)的化學(xué)方程式是3MnO₂+KClO₃+6KOH$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3K₂MnO₄+KCl+3H₂O． 
（3）將PH控制在3.6的目的是使鐵離子全部沉淀下來而其他金屬離子不沉淀．已知25℃時(shí)，K_sp[Cu（OH）₂]=2×10^-20，該溫度下反應(yīng)Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺的平衡常數(shù)K=5×10^-9． 
（4）加入雙氧水時(shí)反應(yīng)的離子方程式為H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O． 
（5）利用氨氣在500℃以上分解得到的氮原子滲透到鐵粉中可制備氮化鐵（Fe_xV_y），若消耗氨氣17.0g，消耗赤鐵礦石1Kg，寫出該反應(yīng)完整的化學(xué)方程式：16Fe+2NH₃$\frac{\underline{\;大于500℃\;}}{\;}$2Fe₈N+3H₂．

Answer 1

分析 赤鐵礦（主要成分為60.0%Fe₂O₃，雜質(zhì)有3.6%FeO，Al₂O₃，MnO₂，CuO等）加硫酸溶解，金屬氧化物轉(zhuǎn)化為金屬陽離子，二氧化硅不溶，再加雙氧水把亞鐵離子還原為鐵離子，調(diào)節(jié)PH=3.6生成氫氧化鐵沉淀，過濾，灼燒氫氧化鐵生成氧化鐵，再用氫氣還原得鐵單質(zhì)，以此解答該題．

解答 解：赤鐵礦（主要成分為60.0%Fe₂O₃，雜質(zhì)有3.6%FeO，Al₂O₃，MnO₂，CuO等）加硫酸溶解，金屬氧化物轉(zhuǎn)化為金屬陽離子，二氧化硅不溶，再加雙氧水把亞鐵離子還原為鐵離子，調(diào)節(jié)PH=3.6生成氫氧化鐵沉淀，過濾，灼燒氫氧化鐵生成氧化鐵，再用氫氣還原得鐵單質(zhì)，
（1）含雜質(zhì)的赤鐵礦使用前要將其粉碎，可以增大固液接觸面積，加快浸出反應(yīng)速率，提高浸出率，通過操作Ⅰ將不溶的二氧化錳過濾掉；
故答案為：增大固液接觸面積，加快浸出反應(yīng)速率，提高浸出率；過濾；
（2）MnO₂與KClO₃、KOH溶液混合共熱，可得到K₂MnO₄，錳元素化合價(jià)升高，則氯元素化合價(jià)降低，產(chǎn)物有氯化鉀，化學(xué)方程式為：3MnO₂+KClO₃+6KOH$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3K₂MnO₄+KCl+3H₂O；
故答案為：3MnO₂+KClO₃+6KOH$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3K₂MnO₄+KCl+3H₂O；
（3）根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，為保證鐵離子全部沉淀的PH大于3.4，但為了不使其他金屬離子沉淀，PH不能太大；K_sp[Cu（OH）₂]=c（Cu²⁺）×c²（OH^-）=2×10^-20，c（H⁺）=$\frac{Kw}{c（O{H}^{-}）}$，反應(yīng)Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺的平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（{H}^{+}）}{c（C{u}^{2+}）}$=$\frac{Kw}{c{{\;}^{2}（}^{\;}O{H}^{-}）c（C{u}^{2+}）}$=$\frac{Kw}{Ksp[Cu（OH）_{2}]}$=5×10^-9；
故答案為：使鐵離子全部沉淀下來而其他金屬離子不沉淀；5×10^-9；
（4）雙氧水氧化亞鐵離子：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
故答案為：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（5）赤鐵礦石1kg含鐵的物質(zhì)的量為：$\frac{1000×60%}{160}×2$+$\frac{1000×3.6%}{72}$=8mol，氨氣的物質(zhì)的量為：$\frac{17g}{17g/mol}$=1mol，鐵和氨氣的物質(zhì)的量之比是8：1，生成的氮化鐵為Fe₈N，根據(jù)質(zhì)量守恒，則該反應(yīng)為：16Fe+2NH₃$\frac{\underline{\;大于500℃\;}}{\;}$2Fe₈N+3H₂；
故答案為：16Fe+2NH₃$\frac{\underline{\;大于500℃\;}}{\;}$2Fe₈N+3H₂．

點(diǎn)評(píng) 本題考查工業(yè)流程，涉及難溶電解質(zhì)的溶解平衡和沉淀轉(zhuǎn)化，為高考常見類型，注意氧化還原反應(yīng)及表格數(shù)據(jù)的應(yīng)用，題目難度中等．