Question

(18分)鐵及其他合物在工業生產中有著廣泛的應用。請按要求回答下列問題：
I．工業上利用硫酸鐵礦燒渣(主要成分為Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂等)為原料提取Fe₂O₃，工藝流程如下圖1：

(1)濾液X中所含金屬陽離子有                      。
(2)步驟②中理論上發生反應的離子方程式依次為                                  。
(3)結合圖2，分析步驟③調節pH的目的是                         。
(4)假設流程中礦渣中的鐵元素100％轉化到產品中，則硫酸鐵礦燒渣樣品中Fe₂O₃的質量分數范圍為(含m、n的代數式)                             。
(5)請設計實驗室中以硫酸鐵礦燒渣為原料提取氧化鐵的另一種方案：向硫酸鐵礦燒渣原料中加入過量稀硫酸、充分攪拌、過濾，再向濾液中加入足量的        溶液，接下來的一系列操作是攪拌、   、洗滌、           ，最后獲得純凈的產品Fe₂O₃。
Ⅱ．幾位同學用鐵鹽溶液清洗試管中銀鏡，實驗設想如下：
(6)甲：認為含Fe³⁺的鹽無法洗去銀鏡。依據是Fe³⁺的氧化性(填“強于”或“弱于”)   Ag⁺的氧化性，所以反應Fe³⁺+Ag→Fe²⁺+Ag⁺不可以發生。
(7)乙：查資料發現，用FeCl₃溶液可以清洗銀鏡，于是他親自動手實驗，發現銀鏡迅速消失，另外還觀察到溶液變為淺綠色；為驗證Fe³⁺的還原產物，可選擇的試劑為                  。結合甲的分析和自己的實驗現象他得出結論：反應Fe²⁺+Ag→Fe³⁺+Ag是(填“可逆”或“不可逆”)       反應。
(8)丙：結合甲、乙的設想，他用Fe(NO₃)₃溶液做對比實驗，發現清洗銀鏡的速率慢許多，他重新觀察乙的實驗試管中有白色沉淀，于是結合化學平衡理論分析，得出用FeCl₃溶液清洗銀鏡的離子方程式：                                     。

Answer 1

（1）Fe^3＋、Al^3＋ （2）2Fe^3＋＋Fe＝3Fe^2＋、2H^＋＋Fe＝Fe^2＋＋H₂↑ （3）沉淀鋁離子
（4）小于 ×100%  （5）氫氧化鈉；過濾；灼燒  （6）弱于
（7）鐵氰化鉀溶液；可逆  （8）Fe^3＋＋Ag＋Cl^－＝Fe^2＋＋AgCl

試題分析：（1）Fe₂O₃、Al₂O₃均能與稀硫酸反應生成硫酸鋁、硫酸鐵和水，SiO₂與稀硫酸不反應，因此過濾后濾液X中主要含有鐵離子和鋁離子。
（2）濾液中含有過量的稀硫酸以及生成硫酸鐵，二者均能與鐵反應，反應的離子方程式為2Fe^3＋＋Fe＝3Fe^2＋、2H^＋＋Fe＝Fe^2＋＋H₂↑。
（3）根據圖2可知，隨著溶液pH的升高，鋁離子首先生成氫氧化鋁沉淀，而溶液中的亞鐵離子在留在溶液中，因此調節pH的目的是沉淀鋁離子。
（4）根據流程圖可知，在濾液X中加入鐵粉時生成亞鐵離子引入了鐵元素。所以最終生成的氧化鐵質量大于原礦石中氧化鐵的質量。如果加入的鐵粉恰好只與鐵離子反應，則n值最小，此時得出的礦石中氧化鐵的含量最高。設原礦石中氧化鐵的物質的量是amol，則濾液X中鐵離子的物質的量是2amol，根據方程式2Fe^3＋＋Fe＝3Fe^2＋可知生成亞鐵離子的物質的量是3amol，因此最終生成的氧化鐵的物質的量是1.5amol，即160×1.5amol＝n，解得a＝，所以原礦石中氧化鐵的含量為 ×100%＝×100%，因此樣品中Fe₂O₃的質量分數范圍為小于×100%。
（5）由于氫氧化鋁是兩性氫氧化物，因此要從濾液X中獲得氧化鐵，則可以加入過量的氫氧化鈉溶液，過濾后得到氫氧化鐵，洗滌后灼燒即可。
（6）根據金屬活動順序表可知，鐵離子的氧化性弱于銀離子的氧化性。
（7）鐵離子的還原產物是亞鐵離子，因此為驗證Fe³⁺的還原產物，可選擇的試劑為）鐵氰化鉀溶液；由于鐵離子的氧化性弱于銀離子的氧化性，而反應Fe²⁺+Ag→Fe³⁺+Ag可以發生，這說明反應應該是可逆反應。
（8）根據以上分析可知，硝酸鐵溶液與銀鏡反應很慢，與氯化鐵溶液反應快，這說明由于在反應中生成的銀離子與氯離子結合生成了難溶性物質氯化銀，從而促使平衡向正反應方向移動，反應的方程式為Fe^3＋＋Ag＋Cl^－＝Fe^2＋＋AgCl。