Question

利用硫铁矿烧渣(主要成分为Fe₂O₃，还含有少量Al₂O₃、 MgO、SiO₂等杂质)制备铁红工艺流程如下:

回答下列问题:

(1)还原焙烧后，Fe元素的化合价为__________。

(2)“酸浸”实验中，需加入絮凝剂沉淀杂质。絮凝剂用量和过滤时间对铁红成份的影响如下表所示。由表可知，所采用的最佳实验条件为__________（填序号）。

序号	絮凝剂用量/×10^-6t	过滤时间/min	Fe2O3含量%	SiO2含量%
①	40	5	96.5	0.12
②	50	10	97.9	0.10
③	60	20	98.3	0.07
④	100	40	99.4	0.01
⑤	150	150	99.5	0.008

(3)若“合成”中c(Mg²⁺)=0.01mol/L，加入NH₄HCO₃(设溶液体积增加1倍)，当Fe²⁺恰好沉淀完全时，溶液中c(Fe²⁺)=1.0×10^－5mol/L，此时是否有MgCO₃沉淀生成？__________(列式计算)。FeCO₃、MgCO₃的K_sp分别为3.2×10^－11、3.0×10^－8。

(4)“合成”过程中发生反应的离子方程式为_____________。

(5)“合成”过程中温度对亚铁离子转化率的影响如下图，分析选择反应温度为40℃的原因是________。

(6)“煅烧”中由FeCO₃制备Fe₂O₃的化学方程式为________。

(7)本流程中，铝元素是以________(填化学式)形式被除去的。

Answer

+2 ④ 无沉淀生成 c(CO32-)=Ksp(FeCO3)/c(Fe2+)=3.2×10-11/10-5=3.2×10-6 (1分)

Q= c(CO32-)×c(Mg2+)=3.2×10-6×0.01/2< Ksp(MgCO3) Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+H2O+CO2↑ 温度低于40℃，亚铁离子转化率较低。温度高于40℃，亚铁离子转化率变化不大。温度过高，碳酸氢铵易分解 4FeCO3 +O22Fe2O3+ 4CO2 Al(OH)3

【解析】考查化学工艺流程，（1）根据金属的冶炼，炭黑能够还原Fe2O3，因为酸浸中加入硫酸，如果还原时铁元素转化成铁单质，会与硫酸反应生成H2，H2可燃性气体，可能发生危险，因此还原焙烧后，铁元素的化合价为＋2价；（2）由表中数据可得虽然絮凝剂用量越多、过滤时间越长，Fe2O3含量越高、SiO2含量越低，但是1.0×10-4t、40min条件与1.5×10-4t、150min条件相比，前者Fe2O3含量只比后者低0.1个百分点，SiO2含量高0.002个百分点，而絮凝剂用量和过滤时间，前者比后者明显少，所以应选择最佳实验条件为④；（3）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) ，因此无沉淀产生；（4）结合流程并根据题意，向含Fe2+的溶液中加入NH4HCO3，生成了FeCO3沉淀，根据原子守恒和电荷守恒，还应生成H2O和CO2，故“合成”过程中发生反应的离子方程式为：Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+H2O+CO2↑；（5）根据图像，温度低于40℃，亚铁离子转化率较低。温度高于40℃，亚铁离子转化率变化不大；温度过高，碳酸氢铵易分解；（6）在空气中煅烧FeCO3，FeCO3分解，+2价铁会被氧化成+3价铁的化合物，所以生成物为：Fe2O3和CO2，故“煅烧”中由FeCO3制备Fe2O3的化学方程式为：4FeCO3+O22Fe2O3+4CO2；（7）本流程中酸浸时Al2O3转变为Al3+，加NH4HCO3时，Al3+会与HCO3-发生双水解转变为Al(OH)3，由此可得铝元素是以Al(OH)3形式被除去的。