Question

硫铁矿烧渣是一种重要的化学化工产业中间产物，主要成分是Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO和二氧化硅等．下面是以硫铁矿烧渣制备高效净水剂聚合硫酸铁[Fe₂（OH）_n（SO₄）_3-n/2]_m的流程图如图1

（1）实验室实现“操作I”所用的玻璃仪器有

 

、玻璃棒和烧杯等．“操作III”系列操作名称依次为

 

、

 

、过滤和洗涤．
（2）“酸溶”过程中：
①写出Fe₃O₄溶于硫酸的化学反应方程式为

 

．
②某条件下，用足量的酸溶解10g粗颗粒的硫铁矿烧渣，溶液中浓度c（Fe³⁺）～反应时间t的变化曲线如图2；若保持其他条件不变，请在答题卡坐标图中，分别画出降低反应温度和用细颗粒烧渣反应时c（Fe³⁺）～t的变化曲线示意图图3进行相应的标注）
（3）实验室检验“反应I”已经完全的试剂是

 

，现象是

 

．
（4）加入适量H₂O₂的目的是氧化Fe²⁺，写出H₂O₂氧化Fe²⁺为Fe³⁺的离子方程式

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：硫铁矿烧渣（主要成分是Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO和二氧化硅），加硫酸加热酸溶，水浸，过滤出不溶于酸的二氧化硅，滤液中含有硫酸铁和硫酸亚铁，加废铁皮，Fe与三价铁离子反应生成亚铁离子，过滤去除多余的铁，滤液为硫酸亚铁溶液，然后蒸发浓缩、冷却结晶，得到硫酸亚铁晶体，晶体中加稀硫酸、双氧水得到聚合硫酸铁[Fe₂（OH）_n（SO₄）_3-n/2]_m；
（1）操作I为过滤，根据过滤操作分析；
（2）①Fe₃O₄溶于硫酸生成硫酸铁和硫酸亚铁；
②降低温度反应速率减小；增大固体的表面积反应速率增大；
（3）反应I中Fe与三价铁离子反应生成亚铁离子，若反应完全则没有三价铁离子；
（4）酸性条件下H₂O₂氧化Fe²⁺为Fe³⁺，同时生成水．

解答： 解：硫铁矿烧渣（主要成分是Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO和二氧化硅），加硫酸加热酸溶，水浸，过滤出不溶于酸的二氧化硅，滤液中含有硫酸铁和硫酸亚铁，加废铁皮，Fe与三价铁离子反应生成亚铁离子，过滤去除多余的铁，滤液为硫酸亚铁溶液，然后蒸发浓缩、冷却结晶，得到硫酸亚铁晶体，晶体中加稀硫酸、双氧水得到聚合硫酸铁[Fe₂（OH）_n（SO₄）_3-n/2]_m；
（1）操作I为过滤，过滤操作用到玻璃仪器有 漏斗、玻璃棒和烧杯等；
故答案为：漏斗；
（2）①Fe₃O₄溶于硫酸生成硫酸铁和硫酸亚铁，反应的化学方程式为：Fe₃O₄+4H₂SO₄ FeSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O；
故答案为：Fe₃O₄+4H₂SO₄ FeSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O；
②降低温度反应速率减小，反应所用的时间变长，反应完全时铁离子的浓度不变，如图中的曲线3；增大固体的表面积反应速率增大，反应消耗的时间缩短，反应完全时铁离子的浓度不变，如图中的曲线2，降低反应温度和用细颗粒烧渣反应时c（Fe³⁺）～t的变化曲线示意图为：；
故答案为：；
（3）反应I中Fe与三价铁离子反应生成亚铁离子，若反应完全则没有三价铁离子，检验三价铁离子可以用KSCN溶液，加KSCN溶液，若溶液不变血红色说明没有三价铁离子，即“反应I”已经完全；
故答案为：KSCN溶液；溶液不呈血红色；
（4）酸性条件下H₂O₂氧化Fe²⁺为Fe³⁺，同时双氧水被还原生成水，其反应的离子方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．

点评：本题考查制备实验方案的设计与评价，题目难度较大，准确的分析流程、明确铁及其化合物的性质是解题的关键，侧重学生分析能力和创新能力的培养．