Question

3．鐵及其化合物在日常生活、生產(chǎn)中應用廣泛．
（1）某溫度下，K_sp（FeS）=8.1×10^-17，F(xiàn)eS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(xiàn)將適量FeS投入其飽和溶液中，應調(diào)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(chǎn)生的硫酸渣中含F(xiàn)e₂O₃、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(zhì)量和純度，氧化過程需要調(diào)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(zhì)有ABD（填序號）．
A．Na₂SO₄     B．Al₂（SO₄）₃     C．Na₂SiO₃   D．MgSO₄．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)硫化亞鐵的溶度積常數(shù)和亞鐵離子濃度計算硫離子濃度，再根據(jù)氫硫酸的電離平衡常數(shù)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F(xiàn)e₂O₃、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(diào)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(jù)得失電子守恒和原子守恒來配平，F(xiàn)eS₂中S元素的化合價從-1價升高到+6價，2個S原子轉(zhuǎn)移14個電子，F(xiàn)e³⁺轉(zhuǎn)移1個電子，則二者的計量數(shù)之比為1：14，根據(jù)S守恒可知SO₄^2-前面的化學計量數(shù)為2，根據(jù)氧守恒可知H₂0前面化學計量數(shù)為8，根據(jù)H守恒可知H+前化學計量數(shù)為16；
③NaOH與Fe²⁺反應生成的氫氧化亞鐵易被氧化；
④根據(jù)幾種離子沉淀的pH分析；
⑤因加入的是氫氧化鈉來調(diào)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F(xiàn)e₂O₃、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(diào)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(zhuǎn)移14個電子，F(xiàn)e³⁺轉(zhuǎn)移1個電子，則二者的計量數(shù)之比為1：14，根據(jù)S守恒可知SO₄^2-前面的化學計量數(shù)為2，根據(jù)氧守恒可知H₂0前面化學計量數(shù)為8，根據(jù)H守恒可知H+前化學計量數(shù)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，F(xiàn)e（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(jù)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(zhì)有：Na₂SO₄、Al₂（SO₄）₃、MgSO₄，
故選：ABD．

點評 本題考查了物質(zhì)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．