Question

硫酸渣是用黃鐵礦制造硫酸過(guò)程中排出的廢渣，主要化學(xué)成分為SiO₂：約45%，F(xiàn)e₂O₃：約40%，Al₂O₃：約10%，MgO：約5%．目前我國(guó)已經(jīng)在技術(shù)上取得突破--用硫酸渣煉鐵．
I．某學(xué)生探究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)設(shè)計(jì)了不同的方案，用化學(xué)基本知識(shí)進(jìn)行金屬元素的提取實(shí)驗(yàn)（已知25℃氫氧化鎂Ksp=5.6×10^-12；氫氧化鐵Ksp=3.5×10^-38；一水合氨電離常數(shù)K=1.8×10^-5，其飽和溶液中c（OH^-）約為1×10^-3mol?L^-1）．
方案一：

請(qǐng)回答：
（1）寫出固體E的化學(xué)式：______．
（2）試劑①是______
A．氫氧化鈉　　B．氧化鋁　　　C．氨水　　D．水
（3）若要準(zhǔn)確測(cè)定溶液的pH是否達(dá)到3.7，下列物品中可供使用的是______
A．石蕊試液　　B．廣泛pH試紙　C．精密pH試紙　D．pH計(jì)
（4）溶液H中溶質(zhì)的化學(xué)式：______
（5）要將固體C、固體E和固體G都轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的穩(wěn)定的氧化物，需進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作為______．
（6）若不考慮溶液體積的變化，請(qǐng)計(jì)算溶液H中c（Mg²⁺）=______．
方案二：

請(qǐng)回答：
（7）此方案的主要問(wèn)題有：______
（8）寫出由溶液M→固體乙這個(gè)過(guò)程中，最主要化學(xué)反應(yīng)的離子方程式：______
II．為了分析某硫酸渣中鐵元素的含量，先將硫酸渣預(yù)處理，把鐵元素還原成Fe²⁺，再用KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液在酸性條件下進(jìn)行氧化還原滴定，反應(yīng)的離子方程式是：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O．
（1）判斷到達(dá)滴定終點(diǎn)的現(xiàn)象是______．
（2）某同學(xué)稱取2.000g硫酸渣，預(yù)處理后在容量瓶中配制成100mL溶液，移取25.00mL，試樣溶液，用1.000×10^-2mol?L^-1KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定．達(dá)到滴定終點(diǎn)時(shí)，消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液10.00mL，則殘留物中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是______．

Answer 1

解：I．根據(jù)硫酸渣的成分為SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO，當(dāng)向硫酸渣中加過(guò)量鹽酸時(shí)，二氧化硅和鹽酸不反應(yīng)，所以固體A是二氧化硅，氧化鐵、氧化鋁、氧化鎂和鹽酸反應(yīng)，所以溶液B的溶質(zhì)是氯化鎂、氯化鐵、氯化鋁、鹽酸（過(guò)量）；向溶液B中加試劑①并調(diào)節(jié)溶液的pH值為3.7，結(jié)合題意溶液pH=3.7時(shí)Fe³⁺已經(jīng)沉淀完全知，試劑①是能和氯化鐵反應(yīng)生成沉淀的物質(zhì)且和鋁離子反應(yīng)沒有沉淀生成，所以試劑①只能是強(qiáng)堿溶液，固體C是氫氧化鐵；向溶液D中加入試劑①并調(diào)節(jié)溶液的pH值為13，溶液呈強(qiáng)堿性溶液，鋁元素在溶液中以偏鋁酸根離子存在，鎂離子和氫氧根離子生成氫氧化鎂沉淀，所以固體E是氫氧化鎂；溶液F的溶質(zhì)含有偏鋁酸鈉和氯化鈉，向F溶液中通入過(guò)量二氧化碳?xì)怏w，偏鋁酸鈉和二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀，所以G是氫氧化鋁，
（1）固體E是氫氧化鎂，故答案為：Mg（OH）₂；
（2）試劑①是強(qiáng)堿溶液，故選：A；
（3）因PH值精確到小數(shù)點(diǎn)后一位，而石蕊試液測(cè)得的PH值在一個(gè)范圍內(nèi)，廣泛pH試紙測(cè)得的PH值是一個(gè)整數(shù)，精密pH試紙、pH計(jì)均可準(zhǔn)確到小數(shù)點(diǎn)后一位，故選：CD；
（4）溶液F的溶質(zhì)含有偏鋁酸鈉和氯化鈉，向F溶液中通入過(guò)量二氧化碳?xì)怏w，偏鋁酸鈉和二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，故答案為：NaCl、NaHCO₃；
（5）固體C是氫氧化鐵，固體E是氫氧化鎂，固體G是氫氧化鋁，加熱均可分解得到對(duì)應(yīng)的氧化物，故答案為：灼燒；
（6）因溶液的PH值為13，C（OH^-）=10^-1mol?L^-1，Ksp=C（Mg²⁺）×C²（OH^-）=C（Mg²⁺）×10^-2=5.6×10^-12，所以C（Mg²⁺）=5.6×10^-10 mol?L^-1，故答案為：5.6×10^-10 mol?L^-1；
（7）①產(chǎn)品不純，最后產(chǎn)物中大多數(shù)是二氧化硅；②步驟多試劑消耗題量大，故答案為：①產(chǎn)品不純，最后產(chǎn)物中大多數(shù)是二氧化硅；②步驟多試劑消耗題量大；
（8）溶液主要含有硅酸鈉，硅酸鈉和二氧化碳反應(yīng)生成硅酸沉淀和碳酸氫鈉，方程式為：Na₂SiO₃+2CO₂+2H₂O=H₂SiO₃↓+2NaHCO₃，故答案為：SiO₃^2-+2CO₂+2H₂O=H₂SiO₃↓+2HCO₃^2-；
II．（1）因KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液本身就是一種指示劑，故答案為：與滴下最后一滴KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)，溶液顏色變?yōu)樽霞t色，且在半分鐘內(nèi)不褪色；
（2）利用關(guān)系式法計(jì)算：
5Fe^2+_～MnO₄^-
2×10^-5mol 1.000×10^-2mol?L^-1×0.01L×4
鐵元素的質(zhì)量為：2×10^-3mol×56g/mol=1.12×10^-1g，鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 ×100%=5.6%，故答案為：5.6%．
分析：I．根據(jù)硫酸渣的成分為SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO，當(dāng)向硫酸渣中加過(guò)量鹽酸時(shí)，二氧化硅和鹽酸不反應(yīng)，所以固體A是二氧化硅，氧化鐵、氧化鋁、氧化鎂和鹽酸反應(yīng)，所以溶液B的溶質(zhì)是氯化鎂、氯化鐵、氯化鋁、鹽酸（過(guò)量）；向溶液B中加試劑①并調(diào)節(jié)溶液的pH值為3.7，結(jié)合題意溶液pH=3.7時(shí)Fe³⁺已經(jīng)沉淀完全知，試劑①是能和氯化鐵反應(yīng)生成沉淀的物質(zhì)且和鋁離子反應(yīng)沒有沉淀生成，所以試劑①只能是強(qiáng)堿溶液，固體C是氫氧化鐵；向溶液D中加入試劑①并調(diào)節(jié)溶液的pH值為13，溶液呈強(qiáng)堿性溶液，鋁元素在溶液中以偏鋁酸根離子存在，鎂離子和氫氧根離子生成氫氧化鎂沉淀，所以固體E是氫氧化鎂；溶液F的溶質(zhì)含有偏鋁酸鈉和氯化鈉，向F溶液中通入過(guò)量二氧化碳?xì)怏w，偏鋁酸鈉和二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀，所以G是氫氧化鋁，
（1）固體E是氫氧化鎂；
（2）試劑①是強(qiáng)堿溶液；
（3）根據(jù)pH值精確到小數(shù)點(diǎn)后一位；
（4）溶液F的溶質(zhì)含有偏鋁酸鈉和氯化鈉；
（5）根據(jù)難溶性堿加熱分解；
（6）根據(jù)氫氧化鎂Ksp=5.6×10^-12來(lái)計(jì)算；
根據(jù)硫酸渣的成分為SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO，當(dāng)向硫酸渣中加過(guò)量氫氧化鈉時(shí)，F(xiàn)e₂O₃、MgO和氫氧化鈉不反應(yīng)，所以固體甲是Fe₂O₃、MgO，SiO₂、Al₂O₃和氫氧化鈉反應(yīng)，所以溶液M的溶質(zhì)是硅酸鈉、偏鋁酸鈉、氫氧化鈉（過(guò)量）；向溶液M中通入過(guò)量二氧化碳?xì)怏w，硅酸鈉、偏鋁酸鈉、氫氧化鈉都與二氧化碳反應(yīng)，所以固體乙是硅酸、氫氧化鋁，進(jìn)行加熱得到二氧化硅和氧化鋁．
（7）根據(jù)產(chǎn)物和消耗的原料來(lái)分析；
（8）溶液主要含有硅酸鈉；
II．（1）根據(jù)KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液本身就是一種指示劑；
（2）利用關(guān)系式法計(jì)算和質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的概念來(lái)分析．
點(diǎn)評(píng)：本題考查了物質(zhì)的分離、提純的方法選擇及應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)，題目難度較大，明確各物質(zhì)的性質(zhì)是解本題的關(guān)鍵，本題注意關(guān)系式法的利用．