Question

【題目】聚合硫酸鐵（PFS）是一種新型的飲用水處理劑和城市污水凈化劑，其化學組成可表示為[Fex（OH）y（SO4）z]m。某中學化學興趣小組以聚合硫酸鐵的生產流程和相關性質進行了一系列的探究。

Ⅰ．聚合硫酸鐵的工業生產。

如圖是以回收廢鐵屑為原料制備PFS的一種工藝流程。

回答下列問題

（1）廢鐵屑主要為表面附有大量鐵銹的鐵，鐵銹的主要成分為______。“過篩”與化學實驗中的______原理相似（填操作名稱）。

（2）酸浸時最合適的酸是______，寫出鐵銹與該酸反應的化學反應方程式______。

（3）反應釜中加入氧化劑的作用是將Fe2+轉化為Fe3+。你認為下列氧化劑中最合適的是

______（填標號），原因是______。

A．KMnO4 B．Cl2 C．H2O2 D．HNO3

（4）相對于常壓蒸發，減壓蒸發的優點是______。

A．有利于水分蒸發 B．降低沸點，防止晶體分解 C．降低生產成本

Ⅱ．聚合硫酸鐵的成分探究。

該研究小組為確定聚合硫酸鐵的化學式，進行了如下實驗：

①稱取5.52 g聚合硫酸鐵樣品溶于足量的稀鹽酸中并充分混合；

②向①所得的混合物中加入足量的BaCl2溶液，充分反應后，經過濾、洗滌、干燥、稱重，得沉淀4.66 g。

③若向步驟②的濾液中加入過量的NaOH溶液，充分反應后，再將沉淀過濾、洗滌、灼燒、稱重，得固體3.20 g。

則聚合硫酸鐵[Fex（OH）y（SO4）z]m樣品中的x：y：z的值為______。

試寫出該聚合硫酸鐵與鹽酸的反應方程式______。

Ⅲ．聚合硫酸鐵的熱分解氣體產物成分探究。

該小組將5.52 g聚合硫酸鐵在一定條件下加熱完全分解，對所得氣體產物進行實驗探究。（已知SO3的熔點為16.8℃）。

【提出假設】

假設1：所得氣體的成分是SO3；

假設2：所得氣體的成分是SO2、O2；

假設3：所得氣體的成分是______。

【設計實驗】

按下圖裝置進行實驗。

實驗過程中發現：B中無水硫酸銅變藍，C中U形管內有無色晶體析出，D中品紅溶液褪色，裝置E的作用是______。

【實驗結論】

通過實驗現象判斷，假設______成立。

如果最終試管中固體為一種紅棕色純凈物，則質量為______。

Answer 1

【答案】 三氧化二鐵 過濾 稀硫酸 Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2（SO4）3 + 3H2O C 不引入其他雜質 AB 2：4：1 3[Fe2（OH）4SO4]m + 12m HCl = m Fe2（SO4）3 + 4m FeCl3 + 12m H2O SO3、SO2、O2 吸收多余的二氧化硫，防止污染空氣 3 3.2 g

【解析】根據所學知識和題中信息知，Ⅰ．聚合硫酸鐵的工業生產。（1）廢鐵屑主要為表面附有大量鐵銹的鐵，鐵銹的主要成分為三氧化二鐵。“過篩”與化學實驗中的過濾原理相似。（2）酸浸時最合適的酸是稀硫酸，鐵銹與該酸反應的化學反應方程式是Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2（SO4）3 +3H2O 。（3）反應釜中加入氧化劑的作用是將Fe2+轉化為Fe3+。下列氧化劑中最合適的是C．H2O2 ，原因是不引入其他雜質。（4）相對于常壓蒸發，減壓蒸發的優點是A．有利于水分蒸發。 B．降低沸點，防止晶體分解。Ⅱ．聚合硫酸鐵的成分探究。聚合硫酸鐵[Fex（OH）y（SO4）z]m樣品中的x：y：z的值為∶根據化合物中正負化合價代數和為零原則，3x＝y＋2z, x：y：z的值為2：4：1 。該聚合硫酸鐵與鹽酸的反應方程式是. 3[Fe2（OH）4SO4]m + 12m HCl = m Fe2（SO4）3 + 4m FeCl3 + 12m H2O 。Ⅲ．聚合硫酸鐵的熱分解氣體產物成分探究。【提出假設】假設1：所得氣體的成分是SO3；假設2：所得氣體的成分是SO2、O2；假設3：所得氣體的成分是SO3、SO2、O2。實驗過程中發現：B中無水硫酸銅變藍，C中U形管內有無色晶體析出，D中品紅溶液褪色，裝置E的作用是吸收多余的二氧化硫，防止污染空氣。【實驗結論】通過實驗現象判斷，假設3成立。如果最終試管中固體為一種紅棕色純凈物，則質量為3.2 g。

點睛∶本題主要考查聚合硫酸鐵的工業生產，聚合硫酸鐵的成分探究，聚合硫酸鐵的熱分解氣體產物成分探究。