Question

以赤铁矿(主要成分为60.0%Fe₂O₃，杂质为3.6%FeO，Al₂O₃，MnO₂，CuO等)为原料制备高活性铁单质的主要生产流程如图所示：

已知部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH如表所示：

沉淀物	Fe(OH)3	Al(OH)3	Fe(OH)2	Cu(OH)2
pH	3.4	5.2	9.7	6.7

请回答下列问题：

（1）含杂质的赤铁矿使用前要将其粉碎，目的是___。操作Ⅰ的名称是___。

（2）将操作Ⅰ后所得的MnO₂与KClO₃、KOH溶液混合共热，可得到K₂MnO₄，此反应的化学方程式是____。

（3）将pH控制在3.6的目的是___。已知25℃时，K_sp[Cu(OH)₂]=2×10^-20，该温度下反应Cu²⁺+2H₂OCu(OH)₂+2H⁺的平衡常数K=___。

（4）加入双氧水时反应的离子方程式为___。

（5）利用氨气在500℃以上分解得到的氮原子渗透到铁粉中可制备氮化铁(Fe_xN_y)，若消耗氨气17.0g，消耗赤铁矿石1kg，写出该反应完整的化学方程式：___。

Answer

增大固液接触面积，加快浸出反应速率，提高浸出率 过滤 3MnO2＋6KOH＋KClO33K2MnO4＋KCl＋3H2O 使Fe3+全部沉淀下来而其他金属离子不形成沉淀 5.0×10-9 H2O2＋2Fe2+＋2H+=2Fe3+＋2H2O 16Fe＋2NH32Fe8N＋3H2

【解析】

赤铁矿(主要成分为60.0%Fe2O3，杂质有3.6%FeO，Al2O3，MnO2，CuO等)加硫酸溶解，金属氧化物转化为金属阳离子，二氧化硅不溶，再加双氧水把亚铁离子还原为铁离子，调节PH=3.6生成氢氧化铁沉淀，过滤，灼烧氢氧化铁生成氧化铁，再用氢气还原得铁单质，以此解答该题。

(1)含杂质的赤铁矿使用前要将其粉碎，可以增大固液接触面积，加快浸出反应速率，提高浸出率，通过操作Ⅰ将不溶的二氧化锰过滤掉；

(2)MnO2与KClO3、KOH溶液混合共热，可得到K2MnO4，锰元素化合价升高，则氯元素化合价降低，产物有氯化钾，化学方程式为：3MnO2+KClO3+6KOH 3K2MnO4+KCl+3H2O；

(3)根据表中数据可知，为保证铁离子全部沉淀的PH大于3.4，但为了不使其他金属离子沉淀，PH不能太大；Ksp[Cu(OH)2]=c(Cu2+)×c2(OH-)=2×10-20，c(H+)=，反应Cu2++2H2O⇌Cu(OH)2+2H+的平衡常数K= =5×10-9；

(4)双氧水氧化亚铁离子，发生反应的离子方程式为H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O；

(5)赤铁矿石1kg含铁的物质的量为：×2+=8mol，氨气的物质的量为：=1mol，铁和氨气的物质的量之比是8:1，生成的氮化铁为Fe8N，根据质量守恒，则该反应为：16Fe+2NH32Fe8N+3H2。