Question

【題目】利用硫鐵礦燒渣(主要成分為Fe2O3，還含有少量Al2O3、 MgO、SiO2等雜質)制備鐵紅工藝流程如下:

回答下列問題:

（1）還原焙燒后,Fe元素的化合價為__________。

（2）“酸浸”實驗中,需加入絮凝劑沉淀雜質。絮凝劑用量和過濾時間對鐵紅成份的影響如下表所示。由表可知,所采用的最佳實驗條件為__________。

絮凝劑用量/×10-6t	過濾時間min	Fe2O3含量%	SiO2含量%
40	5	96.5	0.12
50	10	97.9	0.10
60	20	98.3	0.07
100	40	99.4	0.01
150	150	99.5	0.008

（3）若“合成”中c(Mg2+)=0.01mol/L,加入NH4HCO3(設溶液體積增加1倍),當Fe2+恰好沉淀完全時，溶液中c(Fe2+)=1.0×10-5mol/L，此時是否有MgCO3沉淀生成？_______(列式計算)。FeCO3、MgCO3的Ksp分別為3.2×10-11、3.0×10-8。

（4）“合成”過程中發生反應的離子方程式為_____________.

（5）“合成”過程中溫度對亞鐵離子轉化率的影響如下圖,分析選擇反應溫度為40℃的原因是________。

（6）“煅燒”中由FeCO3制備Fe 2O3的化學方程式為___________。

（7）本流程中，鋁元素是以________(填化學式)形式被除去的。

Answer 1

【答案】 +2 1.0×10-4t，40min 無沉淀生成，c(CO32-)=Ksp(FeCO3)/c(Fe2+)=3.2×10-11/10-5=3.2×10-6，Q= c(CO32-)×c(Mg2+)=3.2×10-6×0.01/2< Ksp(MgCO3) Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+H2O+CO2↑ 溫度低于40℃，亞鐵離子轉化率較低；溫度高于40℃,亞鐵離子轉化率變化不大；溫度過高,碳酸氫銨易分解 4FeCO3 +O2 2Fe2O3+ 4CO2 Al(OH)3

【解析】（1）硫鐵礦燒渣中主要成分為Fe2O3，加炭黑還原焙燒，Fe元素的化合價降為+2價。

（2）由表中數據可得雖然絮凝劑用量越多、過濾時間越長，Fe2O3含量越高、SiO2含量越低，但是1.0×10-4t、40min條件與1.5×10-4t、150min條件相比，前者Fe2O3含量只比后者低0.1個百分點，SiO2含量高0.002個百分點，而絮凝劑用量和過濾時間，前者比后者明顯少，所以應選擇最佳實驗條件為：1.0×10-4t、40min。

（3）因為c(CO32-)=Ksp(FeCO3)÷c(Fe2+)=3.2×10-11÷10-5=3.2×10-6，所以Q(MgCO3)=c(CO32-)×c(Mg2+)=3.2×10-6××0.01<Ksp(MgCO3)=3.0×10-8，故無MgCO3沉淀生成。

（4）結合流程并根據題意，向含Fe2+的溶液中加入NH4HCO3，生成了FeCO3沉淀，根據原子守恒和電荷守恒，還應生成H2O和CO2，故“合成”過程中發生反應的離子方程式為：Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+H2O+CO2↑。

（5）由圖可得，溫度低于40℃時，亞鐵離子的轉化率較低；溫度高于40℃，亞鐵離子轉化率變化不大；而溫度過高碳酸氫銨容易分解，所以合成過程中選擇反應溫度為40℃。

（6）在空氣中煅燒FeCO3，FeCO3分解，+2價鐵會被氧化成+3價鐵的化合物，所以生成物為：Fe2O3和CO2，故“煅燒”中由FeCO3制備Fe2O3的化學方程式為：4FeCO3+O22Fe2O3+4CO2。

（7）本流程中酸浸時Al2O3轉變為Al3+，加NH4HCO3時，Al3+會與HCO3-雙水解轉變為Al(OH)3，由此可得鋁元素是以Al(OH)3形式被除去的。