Question

【題目】氧化鐵是重要工業顏料，以廢鐵屑為原料制備氧化鐵的步驟如下：(部分操作和條件略)

步驟1：用碳酸鈉溶液洗去鐵屑表面的油污。

步驟2：加入稍過量的稀硫酸，保持50~80℃，充分反應后，過濾。

步驟3：將濾液與稍過量的NH4HCO3溶液混合，得到FeCO3的濁液。

步驟4： 、 、 ，得到FeCO3固體。

步驟5：煅燒FeCO3，得到Fe2O3固體。

（1）步驟2中，如何判斷反應已經充分？ 。

（2）步驟2所得的濾渣中主要含有一種鐵的化合物W（Fe3C），經以下處理后，回收利用：W在足量的空氣中高溫煅燒，生成有磁性的固體X；將X溶于稀硫酸。

①煅燒時1 mol W消耗O2 mol。

②X溶于稀硫酸的離子方程式為 。

（3）步驟3生成FeCO3反應的化學方程式為 。

（4）將步驟4補充完整： 、 、 。

（5）若煅燒時條件控制不當，會使產品中存在雜質FeO。

①若要設計實驗檢驗產品中是否存在FeO，且只能選用兩種試劑，這兩種試劑是 。

②現煅燒116.0 kg的FeCO3，得到79.2 kg產品，則該產品的純度為__________。(設產品中只有一種雜質FeO，計算結果保留3位有效數字)

Answer 1

【答案】

（1）溶液中不再產生氣泡(或只有極少數氣泡)；

（2）3； Fe3O4 + 8H+ = 2Fe3+ + Fe2+ + 4H2O；

（3）FeSO4 + 2NH4HCO3 = FeCO3 ↓+ (NH4)2SO4 + CO2↑ + H2O；

（4）過濾 、洗滌、干燥；

（5）稀硫酸和酸性KMnO4溶液(或稀鹽酸和K3［Fe(CN)6］溶液)；90.9%。

【解析】

試題分析：（1）廢鐵屑表面的油污可以與堿發生反應產生可溶性的物質，然后加入稍過量的硫酸，與Na2CO3發生反應，若碳酸鈉反應完全，硫酸過量，則加入硫酸時不再反應產生氣體；（2）步驟2所得的濾渣中主要含有一種鐵的化合物W（Fe3C），經以下處理后，回收利用：W在足量的空氣中高溫煅燒，生成有磁性的固體X；X是Fe3O4， ① Fe3O4煅燒發生反應產生Fe2O3，Fe3C在空氣中煅燒，發生反應產生Fe3O4和CO2；根據質量守恒定律可得反應的方程式：Fe3C+3O2 Fe3O4+ CO2，可見煅燒時1 mol W消耗O2的物質的量是3mol。 ② X是Fe3O4，溶于稀硫酸反應產生硫酸鐵、硫酸亞鐵和水，反應的離子方程式為Fe3O4 + 8H+ = 2Fe3+ + Fe2+ + 4H2O；（3）步驟3中NH4HCO3與FeSO4溶液發生反應生成FeCO3，該反應的化學方程式為FeSO4 + 2NH4HCO3 = FeCO3 ↓+ (NH4)2SO4 + CO2↑ + H2O；（4）步驟4是從含有FeCO3的懸濁液中分離得到純凈的FeCO3的操作，操作方法是過濾、洗滌、干燥；（5）若煅燒時條件控制不當，會使產品中存在雜質FeO。①若要設計實驗檢驗FeCO3產品中是否存在FeO，可以用稀硫酸溶解樣品，然后根據Fe2+的還原性，用標準酸性KMnO4溶液滴定，根據一定量的樣品產生的Fe2+的物質的量進行判斷；也可以根據FeO與酸反應產生Fe2+，用K3［Fe(CN)6］溶液滴定會產生藍色沉淀檢驗；②現煅燒116.0 kg的FeCO3，若是FeCO3完全轉化生成Fe2O3，則根據Fe元素守恒， n(FeCO3)=116.0×103g÷116g/mol=1.0×103mol，可得n(Fe2O3)= 1/2n(FeCO3)=500mol，其質量是m(FeCO3)= 500mol×160g/mol=80000g=80.0kg，實際質量是79.2×103g ；根據反應方程式：4FeO+O22Fe2O3，可知每含有4×72g=288gFeO，質量減輕32g，現在質量減輕80.0kg -79.2kg=0.8kg=800g，則其中含有FeO的質量是m(FeO0=(288g×800)÷32=7200g=7.2kg，所以79.2×103g÷160g/mol=495mol，含有Fe元素的物質的量是n(Fe)=2 n(Fe2O3)=2×495mol=990mol，所以該產品的純度為[(79.2 kg-7.2kg)÷79.2kg]×100%=90.9%。