Question

用磁铁矿(主要成分Fe₃O₄、含Al₂O₃和SiO₂等杂质)，制取高纯铁红的工艺流程如下。

(1) 酸浸时，采用80－90℃的原因_______________________________________________；

铁粉的作用是____________________________________。

(2) 合成碳酸亚铁的离子方程式__________________________________________________________________。

(3) 图中“滤液”中主要阳离子是_______________________________________________________________；

(4)为了测定磁铁矿中铁的含量，称取80 g的磁铁矿样品加入足量稀硫酸使其充分溶解,过滤，得溶液100mL,取20mL溶液在酸性条件下用0.4 mol·L^-1 KMnO₄溶液滴定，当溶液中Fe²⁺ 全部被氧化时，消耗KMnO₄溶液体积 10.00 mL。（已知MnO₄^-被还原为Mn²⁺）

   ①写出滴定时反应的离子方程式__________________________________________

   ②当溶液中Fe²⁺ 全部被氧化时，c(Fe³⁺)=_____________________mol·L^-1,  （写出计算过程）。

Answer

加快反应速率 将Fe3＋还原为Fe2＋(或作还原剂) Fe2+ +HCO3-=FeCO3+CO2+H2O NH4+ 5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H20 3mol/L

【解析】用磁铁矿（主要成分Fe3O4、含Al2O3和SiO2等杂质），制取高纯铁红的工艺流程：酸浸过程中四氧化三铁和酸反应Fe3O4+4H2SO4Fe2（SO4）3+FeSO4+4H2O生成亚铁离子、铁离子和水，氧化铝和酸反应：Al2O3+3H2SO4═Al2（SO4）3+3H2O，二氧化硅不反应，加入过量铁粉将Fe3+还原为Fe2+：Fe+2Fe3+=3Fe2+，因Ksp[Fe（OH）2]=8×10-16；Ksp[Al（OH）3]=1.3×10-33，所以加入20%的NH3•H2O，调PH=5.7，Al3++3NH3•H2O═Al（OH）3↓+3NH4+，过滤得到滤渣为：Fe、SiO2、Al（OH）3，滤液中含有Fe2+、NH4+，加入碳酸氢铵得到FeCO3，碳酸亚铁和氧气反应4FeCO3+O22Fe2O3+4CO2；

(1) 温度升高，反应速率加快，采用80－90℃温度酸浸是为了加快反应速率；加入过量铁粉将Fe3+还原为Fe2+：Fe+2Fe3+=3Fe2+，以便下一步进行铁、铝分离，；

(2) 碳酸氢铵和溶液里的Fe2+作用生成FeCO3，发生反应的离子方程式为Fe2+ +HCO3-=FeCO3+CO2+H2O ；

(3) 加入20%的NH3•H2O，调PH=5.7，Al3++3NH3•H2O═Al（OH）3↓+3NH4+，过滤得到滤渣为：Fe、SiO2、Al（OH）3，滤液中含有Fe2+、NH4+，加入碳酸氢铵得到FeCO3，此时图中滤液主要成分为NH4+；

(4) ①滴定时MnO4-在酸性条件氧化Fe2+，发生反应的离子方程式为5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O；

②Fe3O4中Fe2+与Fe3+的物质的量之比为1:2，消耗KMnO4的物质的量为0.4 mol·L-1 ×0.01L=0.004mol，则溶液中Fe2+ 全部被氧化时，c(Fe3+)=mol·L-1=3mol/L。