Question

4．高純氧化鐵是現(xiàn)代電子工業(yè)的重要材料．以下是用硫酸廠產(chǎn)生的燒渣（主要成分為Fe₂O₃、Fe₃O₄、FeO、SiO₂）為原料制備高純氧化鐵（軟磁a-Fe₂O₃）的生產(chǎn)流程示意圖：

（1）酸浸時(shí)，常需將燒渣粉碎、并加入過(guò)量H₂SO₄，其目的是提高鐵元素的浸出率，同時(shí)抑制鐵離子的水解；
濾渣的主要成分為SiO₂（填化學(xué)式）．
（2）加入FeS₂時(shí)，發(fā)生反應(yīng)②的離子方程式為FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O=15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺．
（3）加入NH₄HCO₃目的是中和溶液中的酸，調(diào)節(jié)溶液的pH，使Fe²⁺全部轉(zhuǎn)化為FeCO₃．“沉淀”時(shí)，pH不宜過(guò)高，否則制備的FeCO₃中可能混有的雜質(zhì)是Fe（OH）₂．檢驗(yàn)FeCO₃是否洗滌干凈的方法是取最后一次洗滌液少量放入試管，滴加鹽酸酸化的氯化鋇溶液，若無(wú)沉淀生成，說(shuō)明洗滌干凈．
（4）煅燒時(shí)，發(fā)生反應(yīng)④的化學(xué)方程式為4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂．

Answer 1

分析 在燒渣（主要成分為Fe₂O₃、Fe₃O₄、FeO、SiO₂）中加入硫酸，鐵的氧化物轉(zhuǎn)化為鐵離子、亞鐵離子，SiO₂不與酸反應(yīng)，過(guò)濾后所得濾渣為SiO₂，濾液中加入FeS₂將Fe³⁺還原為Fe²⁺，過(guò)濾后在濾液中加入碳酸氫銨可生成FeCO₃，高溫煅燒可得Fe₂O₃，濾液硫酸銨為銨鹽，可作為氮肥施用．
（1）將燒渣粉碎、并加入過(guò)量H₂SO₄，目的是提高鐵元素的浸出率，同時(shí)抑制鐵離子的水解，酸浸時(shí)Fe₂O₃、Fe₃O₄、FeO能與稀硫酸反應(yīng)得到Fe²⁺、Fe³⁺，SiO₂不能與稀硫酸反應(yīng)；
（2）濾液中加入FeS₂將Fe³⁺還原為Fe²⁺，-1價(jià)的硫被氧化成+6價(jià)的硫，根據(jù)得失電子守恒、原子守恒和電荷守恒書(shū)寫(xiě)離子反應(yīng)方程式；
（3）加入NH₄HCO₃目的是中和溶液中的酸，調(diào)節(jié)溶液的pH，使Fe²⁺全部轉(zhuǎn)化為FeCO₃，二價(jià)鐵離子在pH值為7.6左右轉(zhuǎn)化為氫氧化亞鐵沉淀；過(guò)濾得碳酸亞鐵，濾液中有硫酸銨，所以檢驗(yàn)FeCO₃是否洗凈，就是檢驗(yàn)洗滌濾液中是否有硫酸根離子，檢驗(yàn)硫酸根離子需排除碳酸根離子的干擾；
（4）根據(jù)流程可知煅燒后的產(chǎn)物為二氧化碳，同時(shí)得到氧化鐵，根據(jù)原子守恒書(shū)寫(xiě)化學(xué)反應(yīng)方程式．

解答 解：（1）燒渣（主要成分為Fe₂O₃、Fe₃O₄、FeO、SiO₂），酸浸時(shí)Fe₂O₃、Fe₃O₄、FeO能與稀硫酸反應(yīng)得到Fe²⁺、Fe³⁺，酸浸時(shí)，常需將燒渣粉碎，通過(guò)增大接觸面積，
提高鐵元素的浸出率，因亞鐵離子、鐵離子都易水解呈酸性，通過(guò)加入過(guò)量H₂SO₄，抑制鐵離子的水解，SiO₂不能與稀硫酸反應(yīng)，因此酸浸、過(guò)濾后濾渣主要成分為SiO₂，
故答案為：提高鐵元素的浸出率，同時(shí)抑制鐵離子的水解；SiO₂；
（2）濾液中加入FeS₂將Fe³⁺還原為Fe²⁺，-1價(jià)的硫被氧化成+6價(jià)的硫，F(xiàn)eS₂～SO₄^2-，失去14e^-，F(xiàn)e³⁺～Fe²⁺，得到e^-，最小公倍數(shù)為14，根據(jù)得失電子守恒、原子守恒和電荷守恒，離子反應(yīng)方程式為：FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O=15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺，
故答案為：FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O=15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺；
（3）NH₄HCO₃能和酸反應(yīng)硫酸銨和二氧化碳，同時(shí)能調(diào)節(jié)溶液的PH，使Fe²⁺全部轉(zhuǎn)化為FeCO₃，二價(jià)鐵離子在pH值為7.6左右轉(zhuǎn)化為氫氧化亞鐵沉淀，所以制備FeCO₃應(yīng)控制溶液pH不宜過(guò)高，否則會(huì)產(chǎn)生氫氧化鐵沉淀；過(guò)濾得碳酸亞鐵，濾液中有硫酸銨，所以檢驗(yàn)FeCO₃是否洗凈，就是檢驗(yàn)洗滌濾液中是否有硫酸根離子，所以操作為取最后一次洗滌濾液，滴加鹽酸酸化排除碳酸根離子的干擾，滴加鹽酸酸化的氯化鋇溶液，若無(wú)沉淀生成，說(shuō)明洗滌干凈，
故答案為：中和溶液中的酸，調(diào)節(jié)溶液的pH，使Fe²⁺全部轉(zhuǎn)化為FeCO₃；Fe（OH）₂；取最后一次洗滌液少量放入試管，滴加鹽酸酸化的氯化鋇溶液，若無(wú)沉淀生成，說(shuō)明洗滌干凈；
（4）根據(jù)流程可知煅燒后的產(chǎn)物為二氧化碳，同時(shí)得到氧化鐵，則生成物為Fe₂O₃、CO₂，反應(yīng)物為碳酸鹽和氧氣，所以化學(xué)反應(yīng)方程式為：4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂，
故答案為：4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的制備和分離操作，側(cè)重于學(xué)生分析能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�和綜合運(yùn)用化學(xué)知識(shí)能力的考查，為高考常見(jiàn)題型，題目難度中等，注意根據(jù)實(shí)驗(yàn)流程以及相關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)解答該題．