Question

【題目】硫酸渣是用黃鐵礦制造硫酸過程中排出的廢渣，主要化學(xué)成分為SiO2(約45%)、Fe2O3(約40%)、Al2O3 (約10%)和MgO(約5%)。其同學(xué)設(shè)計了如下方案，分離樣品中各種金屬元素。

已知: Fe(OH)3的Ksp=4.0×10-38。請回答下列問題。

(1) 固體A的一種工業(yè)應(yīng)用________；沉淀D的電子式___________。

(2) 溶液B中所含的金屬陽離子有___________。(寫離子符號)

(3) 若步驟②中調(diào)pH 為3.0，則溶液C中的Fe3+ 是否沉淀完全，通過計算說明______。

(4) 寫出步驟④中全部反應(yīng)的離子方程式_______________。

(5) 為了分析某硫酸渣中鐵元素的含量，先將硫酸渣預(yù)處理，把鐵元索還原成Fe2+，再用KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液在酸性條件下進行氧化還原滴定。

①判斷到達滴定終點的現(xiàn)象是__________。

②某同學(xué)稱取2.000g硫酸渣，預(yù)處理后在容量瓶中配制成100mL 溶液，移取25.00mL 試樣溶液，用0.0050 mol/L KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，達到滴定終點時，消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00mL，則殘留物中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是_________________。

Answer 1

【答案】 制造玻璃或光導(dǎo)纖維 Mg2+、A13+、Fe3+ Fe3+沒有沉淀完全 OH-+ CO2=HCO3-、A1O2-+2H2O+CO2=Al(OH)3↓+HCO3- 加最后一滴KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液時，溶液變?yōu)樽霞t色，且在半分鐘內(nèi)不褪色 5.6%

【解析】試題分析：本題以硫酸渣中各種金屬元素的分離流程為載體，考查流程的分析、溶度積的計算、電子式和離子方程式的書寫、滴定終點的判斷和計算。硫酸渣的主要化學(xué)成分為SiO2、Fe2O3、Al2O3和MgO，加入過量鹽酸，Fe2O3、Al2O3、MgO溶解轉(zhuǎn)化為FeCl3、AlCl3、MgCl2，SiO2與鹽酸不反應(yīng)，固體A為SiO2，溶液B中含FeCl3、AlCl3、MgCl2和過量HCl；溶液B中加入NaOH溶液調(diào)pH=3.7，FeCl3轉(zhuǎn)化為Fe（OH）3沉淀，溶液C中含AlCl3、MgCl2和NaCl；溶液C中加入過量NaOH溶液，AlCl3轉(zhuǎn)化為NaAlO2，MgCl2轉(zhuǎn)化為Mg（OH）2沉淀，沉淀D為Mg（OH）2，溶液D中含NaAlO2、NaCl、過量NaOH；溶液D中加過量CO2將NaOH轉(zhuǎn)化為NaHCO3、NaAlO2轉(zhuǎn)化為Al（OH）3沉淀。

（1）根據(jù)上述分析固體A為SiO2，SiO2可用于制玻璃或光導(dǎo)纖維。沉淀D為Mg（OH）2，Mg（OH）2的電子式為。

（2）溶液B中所含的金屬離子為Fe3+、Mg2+、Al3+。

（3）Fe（OH）3的溶解平衡為Fe（OH）3（s）Fe3+（aq）+3OH-（aq），Ksp[Fe（OH）3]=c（Fe3+）·c3（OH-）=4.010-38，當(dāng)pH=3.0時c（OH-）=110-11mol/L，則c（Fe3+）=4.010-38（110-11）3=4.010-5mol/L1.010-5mol/L，F(xiàn)e3+沒有沉淀完全。

（4）步驟④為向溶液D中加過量CO2，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為CO2+OH-=HCO3-、CO2+AlO2-+2H2O=Al（OH）3↓+HCO3-。

（5）①用KMnO4溶液滴定Fe2+發(fā)生的離子反應(yīng)為5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O，由于KMnO4溶液本身呈紫紅色，所以實驗中不必加其他指示劑，滴定終點的現(xiàn)象是：加最后一滴KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液時，溶液變?yōu)樽霞t色且在半分鐘內(nèi)不褪色。

②根據(jù)離子方程式，25.00mL溶液中n（Fe2+）=5n（MnO4-）=50.0050mol/L0.02L=0.0005mol，殘留物中m（Fe）=0.0005mol56g/mol=0.112g，殘留物中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%=5.6%。