Question

1．某研究性學習小組欲由硫鐵礦燒渣（主要成分為Fe、Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃ ）制備綠礬（FeSO₄•7H₂O），并測定燒渣中鐵元素的含量，流程圖如下：

（1）操作a的名稱是過濾．
（2）加入足量試劑X后，發(fā)生反應的離子方程式為Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O、SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O．
（3）向溶液2中滴加KSCN溶液，無明顯現象．向固體中加入足量稀硫酸后，發(fā)生氧化還原反應的離子方程式是Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺、Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑．
（4）硫鐵礦燒渣中鐵元素的質量分數為11.2%．

Answer 1

分析 硫鐵礦燒渣的主要成分為Fe、Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃，根據圖示可知，足量的試劑X用于除去二氧化硅和氧化鋁，然后用足量稀硫酸溶解鐵和氧化鐵，所以試劑X應該為NaOH溶液，溶液1為硅酸鈉和偏鋁酸鈉溶液，2.72g固體為鐵和氧化鐵的混合物，加入稀硫酸后氧化鐵與部分鐵粉、稀硫酸反應生成硫酸亞鐵，剩余的鐵粉與稀硫酸反應生成硫酸亞鐵和氫氣，
（1）操作a是將難溶物與溶液分離，據此判斷操作方法；
（2）試劑X為氫氧化鈉溶液，氧化鋁和二氧化硅都能夠與氫氧化鈉溶液反應，分別寫出氧化鋁、二氧化硅與氫氧化鈉溶液反應的離子方程式；
（3）向溶液2中滴加KSCN溶液，無明顯現象，說明反應生成硫酸亞鐵，發(fā)生反應有：鐵與鐵離子反應生成亞鐵離子，鐵與氫離子反應生成亞鐵離子和氫氣，據此寫出反應的離子方程式；
（4）設出鐵、氧化鐵的物質的量，分別根據反應的離子方程式列式計算出鐵元素的物質的量，再根據m=nM計算出鐵元素的質量，最后計算出硫鐵礦燒渣中鐵元素的質量分數．

解答 解：硫鐵礦燒渣的主要成分為Fe、Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃，根據圖示可知，足量的試劑X用于除去二氧化硅和氧化鋁，然后用足量稀硫酸溶解鐵和氧化鐵，所以試劑X應該為NaOH溶液，溶液1為硅酸鈉和偏鋁酸鈉溶液，2.72g固體為鐵和氧化鐵的混合物，加入稀硫酸后氧化鐵與部分鐵粉、稀硫酸反應生成硫酸亞鐵，剩余的鐵粉與稀硫酸反應生成硫酸亞鐵和氫氣，
（1）操作a是將不溶物與溶液分離，該操作方法為過濾，故答案為：過濾；
（2）X為強氧化鈉溶液，氧化鋁、二氧化硅都與氫氧化鈉溶液反應，反應的離子方程式為：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O、SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O，
故答案為：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O；SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O；
（3）向溶液2中滴加KSCN溶液，無明顯現象，證明反應后生成了硫酸亞鐵，涉及的氧化還原反應的離子方程式有：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺、Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，
故答案為：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺、Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑；
（4）設鐵的物質的量為x，氧化鐵的物質的量為y，標況下224mL的物質的量為：$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.01mol，根據反應Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑可知，生成0.01mol氫氣消耗鐵的物質的量為0.01mol，則參與反應Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺的鐵的物質的量為：x-0.01mol，則：①x-0.01mol=y，
根據固體質量可得：②56x+160y=2.72，聯(lián)立①②解得：x=0.02mol、y=0.01mol，
則硫鐵礦燒渣中鐵元素的質量為：56g/mol×（x+2y）=56g/mol×（0.02mol+0.01×2）=2.24g，
硫鐵礦燒渣中鐵元素的質量分數為：$\frac{2.24g}{20g}$×100%=11.2%，
故答案為：11.2%．

點評 本題考查了物質制備及探究物質含量方法，題目難度中等，明確實驗目的及發(fā)生反應原理為解答關鍵，涉及化學實驗基本操作方法、離子方程式書寫、化學計算等知識，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查學生的分析、理解能力及化學實驗、化學計算能力．