Question

磷酸铁(FePO₄)常用作电极材料、陶瓷及制药等。以硫铁矿(主要成分是FeS₂，含少量Al₂O₃、SiO₂和Fe₃O₄)为原料制备磷酸铁的流程如下：

已知几种金属离子沉淀的pH如表所示：

金属氢氧化物	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Al(OH)3
开始沉淀的pH	2.3	7.5	4.0
完全沉淀的pH	4.1	9.7	5.2

请回答下列问题：

(1)“酸浸”需要适当加热，但温度不宜过高，其原因是_____________。灼烧滤渣3得到固体的主要成分是__________________(写出化学式)。

(2)用FeS还原Fe^3＋的目的是_______________________。加入FeO的作用是____________(用离子方程式表示)。

(3)试剂R宜选择___________(填字母)。

A.高锰酸钾     B.稀硝酸     C.双氧水     D.次氯酸钠

(4)检验“氧化”之后溶液是否含Fe^2＋的操作是______________________。

(5)纯净磷酸铁呈白色，而实际制备的磷酸铁产品略带棕黄色，可能是产品混有_________(填化学式)杂质。

(6)常温下，K_sp(FePO₄)＝1.3×10^－22，“沉铁”中为了使c(Fe^3＋)≤1×10^－5 mol·L^－1，c(PO₄^3－)最小为__________mol·L^－1。

Answer

避免Fe3＋水解生成Fe(OH)3，损失铁元素 Al2O3 避免在除去Al3＋时Fe3＋一并沉淀 Al3＋＋3H2O Al(OH)3＋3H＋，FeO＋2H＋=Fe2＋＋H2O（或2Al3＋＋3FeO＋3H2O=2Al(OH)3＋3Fe2＋） C 取少量待测液于试管中，滴加几滴铁氰化钾溶液(或酸性高锰酸钾溶液)，若产生蓝色沉淀(或酸性高锰酸钾溶液褪色)，则该溶液中含有Fe2＋ Fe(OH)3 1.3×10－17

【解析】

硫铁矿中含有物质是FeS2、Al2O3、SiO2、Fe3O4，焙烧时FeS2转化成Fe2O3，Fe2O3为碱性氧化物，Al2O3为两性氧化物，SiO2为酸性氧化物，能与稀硫酸反应的是Fe2O3、Al2O3、Fe3O4，SiO2不与硫酸反应，滤渣1为SiO2，滤液中阳离子是Fe3＋、Al3＋、Fe2＋、H＋等，加入FeS将Fe3＋还原成Fe2＋，加入FeO调节pH，使Al3＋转化成Al(OH)3沉淀，除去Al3＋，然后加入氧化剂，将Fe2＋氧化成Fe3＋，据此分析；

(1) 硫铁矿中含有物质是FeS2、Al2O3、SiO2、Fe3O4，焙烧时FeS2转化成Fe2O3，Fe2O3为碱性氧化物，Al2O3为两性氧化物，SiO2为酸性氧化物，能与稀硫酸反应的是Fe2O3、Al2O3、Fe3O4，SiO2不与硫酸反应，滤渣1为SiO2，滤液中阳离子是Fe3＋、Al3＋、Fe2＋等，Fe3＋能发生水解，水解是吸热反应，升高温度，促进Fe3＋水解生成Fe(OH)3，造成铁元素的损失；依据表格中的数据以及流程，让Al元素以Al(OH)3形式沉淀除去时，Fe3＋必先沉淀，因此加入FeS将Fe3＋还原成Fe2＋，然后加入FeO调节pH，让Al元素以Al(OH)3形式沉淀出来，即滤渣3为Al(OH)3，灼烧氢氧化铝得到Al2O3；

答案：避免Fe3＋水解生成Fe(OH)3，损失铁元素；Al2O3；

(2) 依据表格中的数据以及流程，让Al元素以Al(OH)3形式沉淀除去时，Fe3＋必先沉淀，因此用FeS还原Fe3＋的目的是避免在除去Al3＋时Fe3＋一并沉淀；加入FeO的目的是调节pH，让Al3＋以Al(OH)3形式沉淀而除去，Al3＋发生水【解析】
Al3＋＋3H2O Al(OH)3＋3H＋，FeO＋2H＋=Fe2＋＋H2O，促使平衡向正反应方向进行，得到氢氧化铝沉淀；

答案：避免在除去Al3＋时Fe3＋一并沉淀；Al3＋＋3H2O Al(OH)3＋3H＋，FeO＋2H＋=Fe2＋＋H2O（或2Al3＋＋3FeO＋3H2O=2Al(OH)3＋3Fe2＋）；

(3)A. KMnO4溶液作氧化剂，容易引入Mn2＋、K＋，故A不适宜；

B. 稀硝酸作氧化剂，得到NO，NO有毒，污染环境，且容易引入NO3－新杂质，故B不适宜；

C. 双氧水作氧化剂，还原产物是H2O，不引入杂质，对环境无影响，故C适宜；

D. 次氯酸钠作氧化剂，引入新杂质Cl－、Na＋，故D不适宜；

答案：C；

(4)检验Fe2＋：取少量待测液于试管中，滴加几滴铁氰化钾溶液(或酸性高锰酸钾溶液)，若产生蓝色沉淀(或酸性高锰酸钾溶液褪色)，则该溶液中含有Fe2＋；

答案：取少量待测液于试管中，滴加几滴铁氰化钾溶液(或酸性高锰酸钾溶液)，若产生蓝色沉淀(或酸性高锰酸钾溶液褪色)，则该溶液中含有Fe2＋；

(5)如果碱性较强，铁离子会转化成氢氧化铁并混入产品；

答案：Fe(OH)3；

(6)根据溶度积进行计算，c(PO43－)==1.3×10－17mol·L－1；

答案：1.3×10－17mol·L－1。