Question

硫酸渣是用黄铁矿制造硫酸过程中排出的废渣，主要化学成分为SiO₂(约45%)、Fe₂O₃(约40%)、Al₂O₃ (约10%)和MgO(约5%)。其同学设计了如下方案，分离样品中各种金属元素。

已知: Fe(OH)₃的Ksp=4.0×10^-38。请回答下列问题。

(1) 固体A的一种工业应用________；沉淀D的电子式___________。

(2) 溶液B中所含的金属阳离子有___________。(写离子符号)

(3) 若步骤②中调pH 为3.0，则溶液C中的Fe³⁺ 是否沉淀完全，通过计算说明______。

(4) 写出步骤④中全部反应的离子方程式_______________。

(5) 为了分析某硫酸渣中铁元素的含量，先将硫酸渣预处理，把铁元索还原成Fe²⁺，再用KMnO₄标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定。

①判断到达滴定终点的现象是__________。

②某同学称取2.000g硫酸渣，预处理后在容量瓶中配制成100mL 溶液，移取25.00mL 试样溶液，用0.0050 mol/L KMnO₄标准溶液滴定，达到滴定终点时，消耗标准溶液20.00mL，则残留物中铁元素的质量分数是_________________。

Answer

制造玻璃或光导纤维 Mg2+、A13+、Fe3+ Fe3+没有沉淀完全 OH-+ CO2=HCO3-、A1O2-+ 2H2O +CO2=Al(OH)3↓+ HCO3- 加最后一滴KMnO4标准溶液时，溶液变为紫红色，且在半分钟内不褪色 5.6%

【解析】试题分析：本题以硫酸渣中各种金属元素的分离流程为载体，考查流程的分析、溶度积的计算、电子式和离子方程式的书写、滴定终点的判断和计算。硫酸渣的主要化学成分为SiO2、Fe2O3、Al2O3和MgO，加入过量盐酸，Fe2O3、Al2O3、MgO溶解转化为FeCl3、AlCl3、MgCl2，SiO2与盐酸不反应，固体A为SiO2，溶液B中含FeCl3、AlCl3、MgCl2和过量HCl；溶液B中加入NaOH溶液调pH=3.7，FeCl3转化为Fe（OH）3沉淀，溶液C中含AlCl3、MgCl2和NaCl；溶液C中加入过量NaOH溶液，AlCl3转化为NaAlO2，MgCl2转化为Mg（OH）2沉淀，沉淀D为Mg（OH）2，溶液D中含NaAlO2、NaCl、过量NaOH；溶液D中加过量CO2将NaOH转化为NaHCO3、NaAlO2转化为Al（OH）3沉淀。

（1）根据上述分析固体A为SiO2，SiO2可用于制玻璃或光导纤维。沉淀D为Mg（OH）2，Mg（OH）2的电子式为。

（2）溶液B中所含的金属离子为Fe3+、Mg2+、Al3+。

（3）Fe（OH）3的溶解平衡为Fe（OH）3（s）Fe3+（aq）+3OH-（aq），Ksp[Fe（OH）3]=c（Fe3+）·c3（OH-）=4.010-38，当pH=3.0时c（OH-）=110-11mol/L，则c（Fe3+）=4.010-38（110-11）3=4.010-5mol/L1.010-5mol/L，Fe3+没有沉淀完全。

（4）步骤④为向溶液D中加过量CO2，发生反应的离子方程式为CO2+OH-=HCO3-、CO2+AlO2-+2H2O=Al（OH）3↓+HCO3-。

（5）①用KMnO4溶液滴定Fe2+发生的离子反应为5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O，由于KMnO4溶液本身呈紫红色，所以实验中不必加其他指示剂，滴定终点的现象是：加最后一滴KMnO4标准溶液时，溶液变为紫红色且在半分钟内不褪色。

②根据离子方程式，25.00mL溶液中n（Fe2+）=5n（MnO4-）=50.0050mol/L0.02L=0.0005mol，残留物中m（Fe）=0.0005mol56g/mol=0.112g，残留物中铁元素的质量分数为100%=5.6%。