Question

氧化铁是重要工业颜料，以废铁屑为原料制备氧化铁的步骤如下：(部分操作和条件略)

步骤1：用碳酸钠溶液洗去铁屑表面的油污。

步骤2：加入稍过量的稀硫酸，保持50~80℃，充分反应后，过滤。

步骤3：将滤液与稍过量的NH₄HCO₃溶液混合，得到FeCO₃的浊液。

步骤4：        、        、         ，得到FeCO₃固体。

步骤5：煅烧FeCO₃，得到Fe₂O₃固体。

（1）步骤2中，如何判断反应已经充分？                                            。

（2）步骤2所得的滤渣中主要含有一种铁的化合物W（Fe₃C），经以下处理后，回收利用：W在足量的空气中高温煅烧，生成有磁性的固体X；将X溶于稀硫酸。

①煅烧时1 mol W消耗O₂       mol。

②X溶于稀硫酸的离子方程式为                                                  。

（3）步骤3生成FeCO₃反应的化学方程式为                                       。

（4）将步骤4补充完整：        、           、          。

（5）若煅烧时条件控制不当，会使产品中存在杂质FeO。

①若要设计实验检验产品中是否存在FeO，且只能选用两种试剂，这两种试剂是               。

②现煅烧116.0 kg的FeCO₃，得到79.2 kg产品，则该产品的纯度为__________。(设产品中只有一种杂质FeO，计算结果保留3位有效数字)

Answer

（1）溶液中不再产生气泡(或只有极少数气泡)；

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

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

（4）过滤 、洗涤、干燥；

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

【解析】

试题分析：（1）废铁屑表面的油污可以与碱发生反应产生可溶性的物质，然后加入稍过量的硫酸，与Na2CO3发生反应，若碳酸钠反应完全，硫酸过量，则加入硫酸时不再反应产生气体；（2）步骤2所得的滤渣中主要含有一种铁的化合物W（Fe3C），经以下处理后，回收利用：W在足量的空气中高温煅烧，生成有磁性的固体X；X是Fe3O4， ① Fe3O4煅烧发生反应产生Fe2O3，Fe3C在空气中煅烧，发生反应产生Fe3O4和CO2；根据质量守恒定律可得反应的方程式：Fe3C+3O2 Fe3O4+ CO2，可见煅烧时1 mol W消耗O2的物质的量是3mol。 ② X是Fe3O4，溶于稀硫酸反应产生硫酸铁、硫酸亚铁和水，反应的离子方程式为Fe3O4 + 8H+ = 2Fe3+ + Fe2+ + 4H2O；（3）步骤3中NH4HCO3与FeSO4溶液发生反应生成FeCO3，该反应的化学方程式为FeSO4 + 2NH4HCO3 = FeCO3 ↓+ (NH4)2SO4 + CO2↑ + H2O；（4）步骤4是从含有FeCO3的悬浊液中分离得到纯净的FeCO3的操作，操作方法是过滤、洗涤、干燥；（5）若煅烧时条件控制不当，会使产品中存在杂质FeO。①若要设计实验检验FeCO3产品中是否存在FeO，可以用稀硫酸溶解样品，然后根据Fe2+的还原性，用标准酸性KMnO4溶液滴定，根据一定量的样品产生的Fe2+的物质的量进行判断；也可以根据FeO与酸反应产生Fe2+，用K3［Fe(CN)6］溶液滴定会产生蓝色沉淀检验；②现煅烧116.0 kg的FeCO3，若是FeCO3完全转化生成Fe2O3，则根据Fe元素守恒， n(FeCO3)=116.0×103g÷116g/mol=1.0×103mol，可得n(Fe2O3)= 1/2n(FeCO3)=500mol，其质量是m(FeCO3)= 500mol×160g/mol=80000g=80.0kg，实际质量是79.2×103g ；根据反应方程式：4FeO+O22Fe2O3，可知每含有4×72g=288gFeO，质量减轻32g，现在质量减轻80.0kg -79.2kg=0.8kg=800g，则其中含有FeO的质量是m(FeO0=(288g×800)÷32=7200g=7.2kg，所以79.2×103g÷160g/mol=495mol，含有Fe元素的物质的量是n(Fe)=2 n(Fe2O3)=2×495mol=990mol，所以该产品的纯度为[(79.2 kg-7.2kg)÷79.2kg]×100%=90.9%。

考点：考查物质制备及物质纯净的测量与计算的知识。