Question

硫铁矿烧渣是硫铁矿生产硫酸过程中产生的工业废渣（主要含Fe₂O₃及少量SiO₂、A1₂O₃、CaO、MgO等杂质）．用该烧渣制取药用辅料--红氧化铁的工艺流程如图：

（1）在“还原焙烧”中产生的有毒气体可能有

 

．
（2）“酸浸”时间一般不超过20min，若在空气中酸浸时间过长，溶液中Fe²⁺含量将下降，其原因是

 

（用离子方程式表示）．
（3）根据下表数据：

氢氧化物	Al（OH）3	Mg（OH）2	Fe（OH）3	Fe（OH）2
开始沉淀的pH	3.10	8.54	2.01	7.11
完全沉淀的pH	4.77	11.04	3.68	9.61

在“除杂”步骤中，为除去Fe³⁺和Al³⁺，溶液的pH最大值应小于

 

，检验Fe³⁺已经除尽的试剂是

 

；当pH=5时，溶液中c（Al³⁺）=

 

mol?L^-1（已知常温下K_sp[Al（OH）₃]=2.0×10^-33）．
（4）“中和合成”的目的是将溶液中Fe²⁺转变为碳酸亚铁沉淀，则A的操作是

 

．
（5）a g烧渣经过上述工艺可得红氧化铁b g．药典标准规定，制得的红氧化铁中含氧化铁不得少于98.0%，则所选用的烧渣中铁的质量分数应不低于

 

（用含a、b的表达式表示）．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,铁的氧化物和氢氧化物,物质的分离、提纯和除杂

专题：几种重要的金属及其化合物

分析：（1）硫铁矿烧渣是一种工业废渣（含Fe₂O₃及少量SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO等杂质），依据流程分析，加入碳还原会和二氧化硅反应生成硅和一氧化碳，硫铁矿燃烧会生成二氧化硫；
（2）在空气中“酸浸”时间过长，溶液中Fe²⁺含量将下降的原因是亚铁离子在酸性溶液中被氧气氧化为铁离子；
（3）除去Fe³⁺和Al³⁺，依据图表中沉淀所需PH分析判断，检验铁离子可以使用KSCN溶液；根据溶度积常数的表达式计算出溶液中铝离子的浓度；
（4）将溶液中Fe²⁺转变为碳酸亚铁沉淀，防止混入杂质，需要对沉淀继续洗涤干燥；
（5）制得的红氧化铁中含氧化铁不得少于98.0%，根据烧渣质量ag和红氧化铁质量bg计算出所选用的烧渣中铁的质量分数的最小值．

解答： 解：（1）硫铁矿烧渣是一种工业废渣（含Fe₂O₃及少量SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO等杂质），依据流程分析，加入碳还原会和二氧化硅反应生成硅和一氧化碳，硫铁矿燃烧会生成二氧化硫，生成的污染性气体为一氧化碳和二氧化硫，
故答案为：CO、SO₂；
（2）在空气中“酸浸”时间过长，溶液中Fe²⁺含量将下降的原因是亚铁离子在酸性溶液中被氧气氧化为铁离子，反应的离子方程式为：4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O；
（3）除去Fe³⁺和Al³⁺，依据图表中沉淀所需PH分析，溶液PH小于7.11时，亚铁离子不沉淀，铁离子和铝离子完全沉淀，检验铁离子可以使用KSCN溶液；溶液pH=5时，溶液中氢氧根离子浓度为：1×10^-9mol/L，K_sp[Al（OH）₃]=2.0×10^-33，c（Al³⁺）=

Ksp

c(OH-)3

=

2.0×10-33

(1×10-9)3

mol/L=2.0×10^-6mol/L，
故答案为：7.11；KSCN溶液； 2.0×10^-6；
（4）将溶液中Fe²⁺转变为碳酸亚铁沉淀，防止混入杂质，需要对沉淀继续洗涤干燥，
故答案为：洗涤或洗涤、干燥；
（5）制得的红氧化铁中含氧化铁不得少于98.0%，制取的红氧化铁bg中含有的铁的物质的量应该大于：

bg×98%

160g/mol

×2=

b×98%

80

mol，则所选用的烧渣中铁的质量分数应不低于：

b×98% 80 mol×56g/mol

ag

=

b×98.0%×56

80a

，
故答案为：

b×98.0%×56

80a

．

点评：本题考查了红氧化铁的制备方案的设计、铁离子的检验方法、物质的分离与除杂等知识，题目难度较大，设计的知识点较大，常见考查了学生对所学知识的掌握情况．