Question

【題目】聚合硫酸鐵(PFS) 是一種高效的無(wú)機(jī)高分子絮凝劑。某工廠利用經(jīng)浮選的硫鐵礦燒渣 (有效成分為Fe2O3和Fe3O4) 制備PFS，其工藝流程如下圖所示。

（1）“還原焙燒”過(guò)程中，CO還原Fe3O4生成FeO的熱化學(xué)方程式為___________________________。

已知：Fe3O4(s)+C(s)=3FeO(s)+CO(g) ΔH1= 191.9kJ·mol-1

C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH2=-393.5kJ·mol-1

C(s)+CO2(g) =2CO(g) ΔH3= 172.5kJ·mol-1

（2）CO是“還原焙燒" 過(guò)程的主要還原劑。下圖中，曲線表示4個(gè)化學(xué)反應(yīng)a、b、c、d達(dá)到平衡時(shí)氣相組成和溫度的關(guān)系，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分別是Fe2O3、Fe3O4、FeO、Fe穩(wěn)定存在的區(qū)域。a屬于_________（填“吸熱反應(yīng)”或“放熱反應(yīng)”）；570℃時(shí)，d反應(yīng)的平衡常數(shù)K=_________________。

（3）工業(yè)上，“還原培燒”的溫度一般控制在800℃左右，溫度不宜過(guò)高的理由是____________________。

（4）若“酸浸”時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，浸出液中Fe2+含量反而降低，主要原因是___________________________。

（5）已知：25℃時(shí)，Ksp[Fe(OH)2]=1.0×10-17, Ksp[Fe(OH)3]=1.0×10-39,若浸出液中c(Fe2+) =10-1.8mol·L-1，為避免“催化氧化”過(guò)程中產(chǎn)生Fe(OH)3，應(yīng)調(diào)節(jié)浸出液的pH≤_____________。

（6）FeSO4溶液在空氣中會(huì)緩慢氧化生成難溶的Fe(OH)SO4，該反應(yīng)的離子方程式為_________________________。“催化氧化”過(guò)程用NaNO2作催化劑（NO起實(shí)質(zhì)上的催化作用）時(shí)，溫度與Fe2+轉(zhuǎn)化率的關(guān)系如右圖所示（反應(yīng)時(shí)間相同），Fe2+轉(zhuǎn)化率隨溫度的升高先上升后下降的原因是_______________________________。

Answer 1

【答案】 Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2(g) ΔH= 19.4kJ·mol-1 放熱反應(yīng) 1 浪費(fèi)能量，且FeO易被還原成Fe（或其他合理答案） Fe2+易被空氣中的O2氧化咸Fe3+（或其他合理答案） 1.6 4SO42-+ 4Fe2++O2+2H2O=4Fe(OH)SO4↓ 溫度升高，反應(yīng)速率增大；溫度過(guò)高，NO氣體逸出，轉(zhuǎn)化率下降（或其他合理答案）

【解析】（1）Fe3O4(s)+C(s)=3FeO(s)+CO(g) ΔH1= 191.9kJ·mol-1、C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH2=-393.5kJ·mol-1、C(s)+CO2(g) =2CO(g) ΔH3= 172.5kJ·mol-1根據(jù)蓋斯定律ΔH1-ΔH3=ΔH= 191.9kJ·mol-1-172.5kJ·mol-1，Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2(g) ΔH= 19.4kJ·mol-1 ；（2）a隨溫度的升高，CO%增大，平衡逆向移動(dòng)，a屬于放熱反應(yīng)；570℃時(shí)，d反應(yīng)的平衡常數(shù)K=c4(CO2)/c4(CO)==054/0.54= 1。（3）工業(yè)上，“還原培燒”的溫度一般控制在800℃左右，溫度不宜過(guò)高的理由是：浪費(fèi)能量，且FeO易被還原成Fe（或其他合理答案）；（4）若“酸浸”時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，浸出液中Fe2+含量反而降低，主要原因是; Fe2+易被空氣中的O2氧化咸Fe3+（或其他合理答案）；（5）已知：25℃時(shí)，Ksp[Fe(OH)2]=1.0×10-17, Ksp[Fe(OH)3]=1.0×10-39,若浸出液中c(Fe2+) =10-1.8mol·L-1，全氧化時(shí)c(Fe3+) =10-1.8mol·L-1，為避免“催化氧化”過(guò)程中產(chǎn)生Fe(OH)3，c3（OH－）=Ksp[Fe(OH)3]/c(Fe3+)=1.0×10-39/10-1.8=10-37.2，c（OH－）=10-12.4mol·L-1，c(H＋)=10-1.6mol·L-1，應(yīng)調(diào)節(jié)浸出液的pH≤1.6；（6）FeSO4溶液在空氣中會(huì)緩慢氧化生成難溶的Fe(OH)SO4，反應(yīng)的離子方程式為 4SO42-+ 4Fe2++O2+2H2O=4Fe(OH)SO4↓ ；從圖可知，70℃為最佳溫度，Fe2+轉(zhuǎn)化率隨溫度的升高先上升后下降的原因是： 溫度升高，反應(yīng)速率增大；溫度過(guò)高，NO氣體逸出，轉(zhuǎn)化率下降（或其他合理答案）。