Question

(14分)以硫铁矿(主要成分为FeS₂)为原料制取硫酸，其烧渣可用来炼铁。

（1）煅烧硫铁矿时发生反应：FeS₂＋O₂―→Fe₂O₃＋SO₂(未配平)。当产生448 L(标准状况)SO₂时，消耗O₂的物质的量为____________。

（2）Fe₂O₃用CO还原焙烧的过程中，反应物、生成物和温度之间的关系如图所示。

(图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四条曲线是四个化学反应平衡时的气相组成对温度作图得到的；A、B、C、D四个区域分别是Fe₂O₃、Fe₃O₄、FeO、Fe稳定存在的区域)

已知：3Fe₂O₃(s)＋CO(g)===2Fe₃O₄(s)＋CO₂(g)；ΔH₁＝a kJ·mol^－1

Fe₃O₄(s)＋CO(g)===3FeO(s)＋CO₂(g)；ΔH₂＝b kJ·mol^－1

FeO(s)＋CO(g)===Fe(s)＋CO₂(g)；ΔH₃＝c kJ·mol^－1

① 反应Fe₂O₃(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO₂(g)的ΔH＝____________kJ·mol^－1(用含a、b、c的代数式表示)。

② 800 ℃时，混合气体中CO₂体积分数为40%时，Fe₂O₃用CO还原焙烧反应的化学方程式为__________________。

③ 据图分析，下列说法正确的是___________ (填字母)。

a. 温度低于570℃时，Fe₂O₃还原焙烧的产物中不含FeO

b. 温度越高，Fe₂O₃还原焙烧得到的固体物质组成中Fe元素的质量分数越高

c. Fe₂O₃还原焙烧过程中及时除去CO₂有利于提高Fe的产率

（3） FeS₂是Li/FeS₂电池(示意图如图)的正极活性物质。

① FeSO₄、Na₂S₂O₃、S及H₂O在200 ℃时以等物质的量连续反应24 h后得到FeS₂。写出该反应的离子方程式：                。

② Li/FeS₂电池的负极是金属Li，电解液是含锂盐的有机溶液。电池放电反应为FeS₂＋4Li===Fe＋4Li^＋＋2S^2－。该反应可认为分两步进行：第1步，FeS₂＋2Li===2Li^＋＋FeS₂^2-，则第2步正极的电极反应式为____________________。

Answer

（1） 27.5 mol；（2） ① (a＋2b＋6c)/3；② Fe2O3＋CO 2FeO＋CO2；③ ac；（3） ① Fe2＋＋S2O32-＋S＋H2O FeS2＋2H＋＋SO43-；② FeS22-＋2e－===2S2－＋Fe。

【解析】

试题分析：（1）配平方程式为4FeS2＋11O2=2Fe2O3＋8SO2，当产生448L的SO2时，消耗的O2的物质的量为11×448/(8×22.4)mol=27.5mol；（2）①3Fe2O3(s)＋CO(g)===2Fe3O4(s)＋CO2(g)；ΔH1＝a kJ·mol－1 ①，Fe3O4(s)＋CO(g)===3FeO(s)＋CO2(g)；ΔH2＝b kJ·mol－1 ②，FeO(s)＋CO(g)===Fe(s)＋CO2(g)；ΔH3＝c kJ·mol－1 ③，推出目标反应方程式为：①＋2×②＋6×③得出：3Fe2O3(s)＋9CO(g)===6Fe(s)＋9CO2(g) ΔH=（a+2b+6c）kJ/mol，则推出：Fe2O3(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO2(g) ΔH=（a+2b+6c）/3kJ/mol ；②根据图像，在800℃时，是FeO稳定存在区域，因此发生的反应为：Fe2O3＋CO2FeO＋CO2；③a、根据图像，当温度低于570℃时，产物只是Fe3O4、Fe，故正确；b、铁的质量分数从大到小的顺序是Fe>FeO>Fe3O4>Fe2O3，当温度升高，生成的产物是FeO，故错误；c、除去CO2，根据勒夏特列原理，有利于向生成铁的方向的进行，故正确；（3）①反应物的物质的量相等，因此反应物应写成：Fe2＋＋S2O32－＋S＋H2O，根据反应前后原子个数守恒和电荷守恒，生成物为FeS2，还差1个S、2个H、4个O，也就是2H＋、SO42－,，因此离子反应方程式为：Fe2＋＋S2O32-＋S＋H2OFeS2＋2H＋＋SO42-；②总反应－第1步反应式，得出第2步反应式为FeS22－＋2Li=Fe＋2Li＋＋2S2－，则正极电极反应式：FeS22-＋2e－===2S2－＋Fe。

考点：考查化学计算、热化学反应方程式的计算、信息的处理、离子反应方程式书写、电极反应式等知识。