Question

（15分）Fe₂O₃俗稱氧化鐵紅，常用作油漆著色劑。工業以煤矸石（主要成分：SiO₂ 49.5%；Fe₂O₃ 20.6%；Al₂O₃18.9%，以及MgO、FeO等其他雜質）制備并研究氧化鐵紅的應用。
（一）制備氧化鐵紅
1．預處理：將煤矸石粉碎，在350℃下焙燒2小時。
2．加酸溶解：將預處理后的煤矸石溶于質量分數為15%過量的硫酸溶液中，過濾。在濾液中加入的H₂O₂。
3．調節pH：在上述濾液中加1mol/LNaOH溶液調節溶液的pH，再過濾，得到濾渣。
4．產品處理：將濾渣進行水洗、烘干、煅燒、研磨、過篩得產品。
已知部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH見下表

沉淀物	Fe(OH)3	Al(OH)3	Fe(OH)2	Mg(OH)2
開始沉淀	1.3	3.3	7.5	10.3
完全沉淀	2.8	5.2	9.7	12.2

請回答下列問題：
（1）預處理時，將煤矸石焙燒2小時的目的是                      。
（2）酸浸操作中，過量H₂SO₄的作用是                          。
在實驗室中進行該操作時，用到玻璃儀器有      、     。
（3）用NaOH溶液調節pH的最佳范圍是      。若從第二次過濾的濾液中獲取較純凈的硫酸鎂晶體，應補充的操作是                          、洗滌后，干燥即得。
（4）產品處理時，對濾渣水洗的操作是                         。
（二）分析與討論：

（5）產品處理時，煅燒溫度對產品的純度有很大影響。已知溫度對產物純度的影響如圖1所示，則煅燒時溫度最好控制在     ℃。
（6）吸油量是反映氧化鐵紅表面性質的重要指標。吸油量大，說明氧化鐵紅表面積較大，則用在油漆中會造成油漆假稠，影響質量。不同濃度的兩種堿溶液對產物吸油量影響如圖2所示，則上述生產中在調節溶液pH時，選用NaOH溶液而不選用氨水的原因是                       。

Answer 1

（1）將煤矸石中的礦物轉化為氧化物，便于酸浸    （2分）
（2）提高浸取率，抑制Fe³⁺等水解                （2分）
燒杯、玻璃棒                              （各1分）
（3）2.8≤pH＜3.3；（2分）  繼續加堿調pH至12.2，將沉淀分離并洗凈后，溶于足量稀硫酸，再蒸發（濃縮）、冷卻（結晶）、過濾 （2分）
（4）加水恰好浸沒濾渣，待濾盡后重復2～3次      （2分）
（5）800                                        （1分）
（6）用NaOH溶液，獲得的氧化鐵表面積小，吸油量低（2分）

試題分析：（1）將煤矸石焙燒2小時，反應充分，可將煤矸石中的礦物轉化為氧化物，便于酸浸。
（2）酸浸后生成Fe₂(SO₄)₃，所以過量H₂SO₄可以提高浸取率，抑制Fe³⁺等水解。
（3）根據表中數據，Fe³⁺完全沉淀時的pH為2.8，而Al³⁺開始沉淀時的pH為3.3，要使Fe³⁺完全轉化為沉淀而不含雜質，調節pH的最佳范圍是2.8≤pH＜3.3；繼續加堿調pH至12.2，Mg²⁺完全轉化為Mg(OH)₂沉淀，將沉淀分離并洗凈后，溶于足量稀硫酸，再蒸發（濃縮）、冷卻（結晶）、過濾，可獲取較純凈的硫酸鎂晶體。
（4）濾渣水洗的操作是：加水恰好浸沒濾渣，待濾盡后重復2～3次。
（5）根據圖1曲線，800℃時產品的純度達到較大值，再升溫，純度升高不大，所以煅燒時溫度最好控制在800℃
（6）根據圖2兩條曲線可知：用NaOH溶液，獲得的氧化鐵表面積小，吸油量低。