Question

鐵及其他合物在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用．請按要求回答下列問題：
I．工業(yè)上利用硫酸鐵礦燒渣（主要成分為Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂等）為原料提取Fe₂O₃，工藝流程如圖1：

（1）濾液X中所含金屬陽離子有

 

．
（2）步驟②中理論上發(fā)生反應(yīng)的離子方程式依次為

 

．
（3）結(jié)合圖2，分析步驟③調(diào)節(jié)pH的目的是

 

．
（4）假設(shè)流程中礦渣中的鐵元素100%轉(zhuǎn)化到產(chǎn)品中，則硫酸鐵礦燒渣樣品中Fe₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍為（含m、n的代數(shù)式）

 

．
（5）請設(shè)計實驗室中以硫酸鐵礦燒渣為原料提取氧化鐵的另一種方案：
向硫酸鐵礦燒渣原料中加入過量稀硫酸、充分?jǐn)嚢琛⑦^濾，再向濾液中加入足量的

 

溶液，接下來的一系列操作是攪拌、

 

、洗滌、

 

，最后獲得純凈的產(chǎn)品Fe₂O₃．
Ⅱ．幾位同學(xué)用鐵鹽溶液清洗試管中銀鏡，實驗設(shè)想如下：
（6）甲：認(rèn)為含F(xiàn)e3+的鹽無法洗去銀鏡．依據(jù)是Fe³⁺的氧化性（填“強(qiáng)于”或“弱于”）

 

Ag⁺的氧化性，所以反應(yīng)Fe³⁺+Ag→Fe²⁺+Ag⁺不可以發(fā)生，
（7）乙：查資料發(fā)現(xiàn)，用FeCl₃溶液可以清洗銀鏡，于是他親自動手實驗，發(fā)現(xiàn)銀鏡迅速消失，另外還觀察到溶液變?yōu)闇\綠色；為驗證Fe³⁺的還原產(chǎn)物，可選擇的試劑為

 

．結(jié)合甲的分析和自己的實驗現(xiàn)象他得出結(jié)論：反應(yīng)Fe²⁺+Ag→Fe³⁺+Ag是（填“可逆”或“不可逆”）

 

反應(yīng)．
（8）丙：結(jié)合甲、乙的設(shè)想，他用Fe（NO₃）₃溶液做對比實驗，發(fā)現(xiàn)清洗銀鏡的速率慢許多，他重新觀察乙的實驗試管中有白色沉淀，于是結(jié)合化學(xué)平衡理論分析，得出用FeCl₃溶液清洗銀鏡的離子方程式

 

．

Answer 1

考點：制備實驗方案的設(shè)計

專題：實驗設(shè)計題

分析：（1）Fe₂O₃、Al₂O₃均能與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鋁、硫酸鐵和水，SiO₂與稀硫酸不反應(yīng)，因此過濾后濾液X中主要含有鐵離子和鋁離子．
（2）濾液中含有過量的稀硫酸以及生成硫酸鐵，二者均能與鐵反應(yīng)；
（3）根據(jù)圖2可知，隨著溶液pH的升高，鋁離子首先生成氫氧化鋁沉淀，而溶液中的亞鐵離子在留在溶液中，因此調(diào)節(jié)pH的目的是沉淀鋁離子．
（4）根據(jù)流程圖可知，在濾液X中加入鐵粉時生成亞鐵離子引入了鐵元素．所以最終生成的氧化鐵質(zhì)量大于原礦石中氧化鐵的質(zhì)量．如果加入的鐵粉恰好只與鐵離子反應(yīng)，則n值最小，此時得出的礦石中氧化鐵的含量最高．設(shè)原礦石中氧化鐵的物質(zhì)的量是amol，則濾液X中鐵離子的物質(zhì)的量是2amol，根據(jù)方程式2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺可知生成亞鐵離子的物質(zhì)的量是3amol，因此最終生成的氧化鐵的物質(zhì)的量是1.5amol，計算原礦石中氧化鐵的含量，分析判斷取值；
（5）由于氫氧化鋁是兩性氫氧化物，因此要從濾液X中獲得氧化鐵，則可以加入過量的氫氧化鈉溶液，過濾后得到氫氧化鐵，洗滌后灼燒即可．
（6）根據(jù)金屬活動順序表放陽離子氧化性；
（7）鐵離子的還原產(chǎn)物是亞鐵離子，因此為驗證Fe³⁺的還原產(chǎn)物，可選擇的試劑為）鐵氰化鉀溶液；由于鐵離子的氧化性弱于銀離子的氧化性，而反應(yīng)Fe²⁺+Ag→Fe³⁺+Ag可以發(fā)生，這說明反應(yīng)應(yīng)該是可逆反應(yīng)．
（8）根據(jù)以上分析可知，硝酸鐵溶液與銀鏡反應(yīng)很慢，與氯化鐵溶液反應(yīng)快，這說明由于在反應(yīng)中生成的銀離子與氯離子結(jié)合生成了難溶性物質(zhì)氯化銀，從而促使平衡向正反應(yīng)方向移動；

解答： 解：（1）Fe₂O₃、Al₂O₃均能與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鋁、硫酸鐵和水，SiO₂與稀硫酸不反應(yīng)，因此過濾后濾液X中主要含有鐵離子和鋁離子；
故答案為：Fe³⁺、Al³⁺；
（2）濾液中含有過量的稀硫酸以及生成硫酸鐵，二者均能與鐵反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式為：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺、2H⁺+Fe=Fe²⁺+H₂↑；
故答案為：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺、2H⁺+Fe=Fe²⁺+H₂↑；
（3）根據(jù)圖2可知，隨著溶液pH的升高，鋁離子首先生成氫氧化鋁沉淀，而溶液中的亞鐵離子在留在溶液中，因此調(diào)節(jié)pH的目的是沉淀鋁離子；
故答案為：沉淀鋁離子；
（4）根據(jù)流程圖可知，在濾液X中加入鐵粉時生成亞鐵離子引入了鐵元素．所以最終生成的氧化鐵質(zhì)量大于原礦石中氧化鐵的質(zhì)量．如果加入的鐵粉恰好只與鐵離子反應(yīng)，則n值最小，此時得出的礦石中氧化鐵的含量最高．設(shè)原礦石中氧化鐵的物質(zhì)的量是amol，則濾液X中鐵離子的物質(zhì)的量是2amol，根據(jù)方程式2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺可知生成亞鐵離子的物質(zhì)的量是3amol，因此最終生成的氧化鐵的物質(zhì)的量是1.5amol，即160×1.5amol=n，解得a=

n

240

，所以原礦石中氧化鐵的含量為 

n 240 ×160

m

×100%=

2n

3m

×100%，因此樣品中Fe₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍為小于

2n

3m

×100%；
故答案為：小于

2n

3m

×100%；
（5）由于氫氧化鋁是兩性氫氧化物，因此要從濾液X中獲得氧化鐵，則可以加入過量的氫氧化鈉溶液，過濾后得到氫氧化鐵，洗滌后灼燒即可；
故答案為：氫氧化鈉；過濾；灼燒；
（6）根據(jù)金屬活動順序表可知，鐵離子的氧化性弱于銀離子的氧化性；
故答案為：弱于；
（7）鐵離子的還原產(chǎn)物是亞鐵離子，因此為驗證Fe³⁺的還原產(chǎn)物，可選擇的試劑為）鐵氰化鉀溶液；由于鐵離子的氧化性弱于銀離子的氧化性，而反應(yīng)Fe²⁺+Ag→Fe³⁺+Ag可以發(fā)生，這說明反應(yīng)應(yīng)該是可逆反應(yīng)；
故答案為：鐵氰化鉀溶液；可逆；
（8）根據(jù)以上分析可知，硝酸鐵溶液與銀鏡反應(yīng)很慢，與氯化鐵溶液反應(yīng)快，這說明由于在反應(yīng)中生成的銀離子與氯離子結(jié)合生成了難溶性物質(zhì)氯化銀，從而促使平衡向正反應(yīng)方向移動，反應(yīng)的方程式為Fe³⁺+Ag+Cl^-=Fe²⁺+AgCl；
故答案為：Fe³⁺+Ag+Cl^-=Fe²⁺+AgCl；

點評：本題考查了物質(zhì)制備方法和實驗過程分析判斷，物質(zhì)性質(zhì)和實驗設(shè)計方法，題干信息的理解應(yīng)用，題目綜合性較大，難度中等．