Question

4．為保護(hù)環(huán)境，充分利用資源，某研究小組通過(guò)如下簡(jiǎn)化流程，將工業(yè)制硫酸的硫鐵礦燒渣（鐵主要以Fe₂O₃存在）轉(zhuǎn)變成重要的化工原料FeSO₄（反應(yīng)條件略）．

活化硫鐵礦還原Fe³⁺的主要反應(yīng)為：FeS₂+7Fe₂（SO₄）₃+8H₂O═15FeSO₄+8H₂SO₄，不考慮其他反應(yīng)．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）檢驗(yàn)第Ⅱ步中Fe³⁺是否完全還原，應(yīng)選擇C（填字母編號(hào)）．
A．KMnO₄溶液          B．K₃[Fe（CN）₆]溶液            C．KSCN溶液
（2）第Ⅲ步加FeCO₃調(diào)溶液pH到5.8左右，然后在第Ⅳ步通入空氣使溶液pH降到5.2，此時(shí)Fe²⁺不沉淀，濾液中鋁、硅雜質(zhì)被除盡．通入空氣引起溶液pH降低的原因是：氧氣可以將Fe²⁺離子氧化為Fe³⁺離子，F(xiàn)e³⁺離子水解生成H⁺．
（3）FeSO₄可轉(zhuǎn)化為FeCO₃，F(xiàn)eCO₃在空氣中加熱反應(yīng)可制得鐵系氧化物材料．
已知25℃，101kPa時(shí)：
4Fe（s）+3O₂（g）═2Fe₂O₃（s）△H═-1648kJ•mol^-1
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H═-393kJ•mol^-1
2Fe（s）+2C（s）+3O₂（g）═2FeCO₃（s）△H═-1480kJ•mol^-1
FeCO₃在空氣中加熱反應(yīng)生成Fe₂O₃的熱化學(xué)方程式為：4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ/mol．
（4）FeSO₄在一定條件下可制得FeS₂（二硫化亞鐵）納米材料．該材料可用于制造高容量鋰電池，電池放電的總反應(yīng)為4Li+FeS₂═Fe+2Li₂S，則正極反應(yīng)式是：FeS₂+4e^-=Fe+2S^2-．
（5）煅燒某硫鐵礦樣品，發(fā)生反應(yīng)：FeS₂+O₂Fe₂O₃+SO₂（未配平），已知該硫鐵礦樣品中FeS₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90.0%，假設(shè)雜質(zhì)不參加反應(yīng)，煅燒10t該硫鐵礦，理論上產(chǎn)生SO₂的體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況）為3.36×10⁶L；制得98%的硫酸質(zhì)量為15t．

Answer 1

分析 硫鐵礦燒渣用硫酸浸取，過(guò)濾后濾液中含有硫酸鐵、未反應(yīng)的硫酸，用活化硫鐵礦還原Fe³⁺后過(guò)濾，向?yàn)V液中加入FeCO₃調(diào)節(jié)溶液pH，過(guò)濾后在通入空氣、調(diào)節(jié)溶液pH，除去溶液中雜質(zhì)離子，過(guò)濾濃縮結(jié)晶得到FeSO₄晶體．
（1）用KSCN 溶液檢驗(yàn)第Ⅱ步中Fe³⁺是否完全還原；
（2）氧氣可以講亞鐵離子氧化為鐵離子，鐵離子水解使溶液pH降低；
（3）發(fā)生反應(yīng)：4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂，根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減，構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式；
（4）電池放電時(shí)的總反應(yīng)為：4Li+FeS₂═Fe+2Li₂S，正極發(fā)生還原反應(yīng)，F(xiàn)eS₂獲得電子生成Fe、S^2-；
（5）發(fā)生反應(yīng)4FeS₂+11O₂=2Fe₂O₃+8SO₂，2SO₂+O₂=2SO₃，SO₃+H₂O=H₂SO₄，依據(jù)元素守恒和轉(zhuǎn)化率結(jié)合化學(xué)方程式定量關(guān)系計(jì)算；

解答 解：硫鐵礦燒渣用硫酸浸取，過(guò)濾后濾液中含有硫酸鐵、未反應(yīng)的硫酸，用活化硫鐵礦還原Fe³⁺后過(guò)濾，向?yàn)V液中加入FeCO₃調(diào)節(jié)溶液pH，過(guò)濾后在通入空氣、調(diào)節(jié)溶液pH，除去溶液中雜質(zhì)離子，過(guò)濾濃縮結(jié)晶得到FeSO₄晶體．
（1）KMnO₄溶液、K₃[Fe（CN）₆]溶液可以檢驗(yàn)有Fe²⁺生成，取第Ⅱ步反應(yīng)中溶液少許與試管中，滴加KSCN 溶液，若溶液不變紅色，說(shuō)明Fe³⁺完全被還原，
故答案為：C；
（2）氧氣可以將Fe²⁺離子氧化為Fe³⁺離子，F(xiàn)e³⁺離子水解生成H⁺，使溶液pH降低，
故答案為：氧氣可以將Fe²⁺離子氧化為Fe³⁺離子，F(xiàn)e³⁺離子水解生成H⁺；
（3）發(fā)生反應(yīng)：4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂，
已知：①4Fe（s）+3O₂（g）═2Fe₂O₃（s）△H=-1648kJ/mol
②C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393kJ/mol
③2Fe（s）+2C（s）+3O₂（g）═2FeCO₃（s）△H=-1480kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，①-③×2+②×④可得4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g），故△H=-1648kJ/mol-2×（-1480kJ/mol）+4×（-393kJ/mol）=-260kJ/mol，
故反應(yīng)熱化學(xué)方程式為：4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ/mol，
故答案為：4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ/mol；
（4）電池放電時(shí)的總反應(yīng)為：4Li+FeS₂═Fe+2Li₂S，正極發(fā)生還原反應(yīng)，F(xiàn)eS₂獲得電子生成Fe、S^2-，正極電極反應(yīng)式為：FeS₂+4e^-=Fe+2S^2-，
故答案為：FeS₂+4e^-=Fe+2S^2-；
（5）4FeS₂+11O₂=2Fe₂O₃+8SO₂，2SO₂+O₂=2SO₃，SO₃+H₂O=H₂SO₄，已知該硫鐵礦樣品中FeS₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90.0%，假設(shè)雜質(zhì)不參加反應(yīng)，煅燒10t該硫鐵礦，理論上產(chǎn)生SO₂的體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況）為x，生成98%的硫酸質(zhì)量為y：
 FeS₂～～～～2SO₂～～～～2H₂SO₄
 120          2×22.4   2×98
 1×10⁷g×90%   V      m×98%
V=3.36×10⁶ L
m=1.5×10⁷g=15t
故答案為：3.36×10⁶；15．

點(diǎn)評(píng) 本題以化學(xué)工藝流程為載體，考查離子方程式書寫、離子檢驗(yàn)、熱化學(xué)方程式書寫、電極反應(yīng)式、化學(xué)計(jì)算等，需要學(xué)生熟練掌握元素化合物知識(shí)，（5）中計(jì)算為易錯(cuò)點(diǎn)、難點(diǎn)，注意利用守恒法計(jì)算，避免計(jì)算繁瑣，較好的考查學(xué)生分析計(jì)算能力，題目難度中等．