Question

硫酸渣是用黃鐵礦制造硫酸過程中排出的廢渣，主要化學(xué)成分為SiO₂：約45%，F(xiàn)e₂O₃：約40%，Al₂O₃：約10%，MgO：約5%．目前我國已經(jīng)在技術(shù)上取得突破--用硫酸渣煉鐵．
I．某學(xué)生探究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)設(shè)計(jì)了不同的方案，用化學(xué)基本知識進(jìn)行金屬元素的提取實(shí)驗(yàn)（已知25℃氫氧化鎂Ksp=5.6×10^-12；氫氧化鐵Ksp=3.5×10^-38；一水合氨電離常數(shù)K=1.8×10^-5，其飽和溶液中c（OH^-）約為1×10^-3mol?L^-1）．
方案一：



請回答：
（1）寫出固體E的化學(xué)式：______．
（2）試劑①是______
A．氫氧化鈉    B．氧化鋁      C．氨水    D．水
（3）若要準(zhǔn)確測定溶液的pH是否達(dá)到3.7，下列物品中可供使用的是______
A．石蕊試液    B．廣泛pH試紙  C．精密pH試紙  D．pH計(jì)
（4）溶液H中溶質(zhì)的化學(xué)式：______
（5）要將固體C、固體E和固體G都轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的穩(wěn)定的氧化物，需進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作為______．
（6）若不考慮溶液體積的變化，請計(jì)算溶液H中c（Mg²⁺）=______．
方案二：



請回答：
（7）此方案的主要問題有：______
（8）寫出由溶液M→固體乙這個過程中，最主要化學(xué)反應(yīng)的離子方程式：______
II．為了分析某硫酸渣中鐵元素的含量，先將硫酸渣預(yù)處理，把鐵元素還原成Fe²⁺，再用KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液在酸性條件下進(jìn)行氧化還原滴定，反應(yīng)的離子方程式是：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O．
（1）判斷到達(dá)滴定終點(diǎn)的現(xiàn)象是______．
（2）某同學(xué)稱取2.000g硫酸渣，預(yù)處理后在容量瓶中配制成100mL溶液，移取25.00mL，試樣溶液，用1.000×10^-2mol?L^-1KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定．達(dá)到滴定終點(diǎn)時，消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液10.00mL，則殘留物中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是______．

Answer 1

I．根據(jù)硫酸渣的成分為SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO，當(dāng)向硫酸渣中加過量鹽酸時，二氧化硅和鹽酸不反應(yīng)，所以固體A是二氧化硅，氧化鐵、氧化鋁、氧化鎂和鹽酸反應(yīng)，所以溶液B的溶質(zhì)是氯化鎂、氯化鐵、氯化鋁、鹽酸（過量）；向溶液B中加試劑①并調(diào)節(jié)溶液的pH值為3.7，結(jié)合題意溶液pH=3.7時Fe³⁺已經(jīng)沉淀完全知，試劑①是能和氯化鐵反應(yīng)生成沉淀的物質(zhì)且和鋁離子反應(yīng)沒有沉淀生成，所以試劑①只能是強(qiáng)堿溶液，固體C是氫氧化鐵；向溶液D中加入試劑①并調(diào)節(jié)溶液的pH值為13，溶液呈強(qiáng)堿性溶液，鋁元素在溶液中以偏鋁酸根離子存在，鎂離子和氫氧根離子生成氫氧化鎂沉淀，所以固體E是氫氧化鎂；溶液F的溶質(zhì)含有偏鋁酸鈉和氯化鈉，向F溶液中通入過量二氧化碳?xì)怏w，偏鋁酸鈉和二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀，所以G是氫氧化鋁，
（1）固體E是氫氧化鎂，故答案為：Mg（OH）₂；
（2）試劑①是強(qiáng)堿溶液，故選：A；     
（3）因PH值精確到小數(shù)點(diǎn)后一位，而石蕊試液測得的PH值在一個范圍內(nèi)，廣泛pH試紙測得的PH值是一個整數(shù)，精密pH試紙、pH計(jì)均可準(zhǔn)確到小數(shù)點(diǎn)后一位，故選：CD；          
（4）溶液F的溶質(zhì)含有偏鋁酸鈉和氯化鈉，向F溶液中通入過量二氧化碳?xì)怏w，偏鋁酸鈉和二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，故答案為：NaCl、NaHCO₃；
（5）固體C是氫氧化鐵，固體E是氫氧化鎂，固體G是氫氧化鋁，加熱均可分解得到對應(yīng)的氧化物，故答案為：灼燒； 
（6）因溶液的PH值為13，C（OH^-）=10^-1mol?L^-1，Ksp=C（Mg²⁺）×C²（OH^-）=C（Mg²⁺）×10^-2=5.6×10^-12，所以C（Mg²⁺）=5.6×10^-10 mol?L^-1，故答案為：5.6×10^-10 mol?L^-1；
（7）①產(chǎn)品不純，最后產(chǎn)物中大多數(shù)是二氧化硅；②步驟多試劑消耗題量大，故答案為：①產(chǎn)品不純，最后產(chǎn)物中大多數(shù)是二氧化硅；②步驟多試劑消耗題量大；
（8）溶液主要含有硅酸鈉，硅酸鈉和二氧化碳反應(yīng)生成硅酸沉淀和碳酸氫鈉，方程式為：Na₂SiO₃+2CO₂+2H₂O=H₂SiO₃↓+2NaHCO₃，故答案為：SiO₃^2-+2CO₂+2H₂O=H₂SiO₃↓+2HCO₃^2-；
II．（1）因KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液本身就是一種指示劑，故答案為：與滴下最后一滴KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液時，溶液顏色變?yōu)樽霞t色，且在半分鐘內(nèi)不褪色；
（2）利用關(guān)系式法計(jì)算：
       5Fe^2+_～MnO₄^-
 2×10^-5mol     1.000×10^-2mol?L^-1×0.01L×4
鐵元素的質(zhì)量為：2×10^-3mol×56g/mol=1.12×10^-1g，鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 

1.12×10 -1g

2.000g

×100%=5.6%，故答案為：5.6%．