Question

为了保护坏境，充分利用资源，某研究小组通过如下简化流程，将工业制硫酸的硫铁矿烧渣（Fe主要以Fe₂O₃存在）转变成重要的化工原料FeSO₄（反应条件略）。

活化硫铁矿还原Fe³⁺的主要反应为：FeS₂+7Fe₂(S0₄)₃+8H₂O=15FeSO₄+8H₂SO₄，不考虑其它反应，请回答下列问题：

（1）第Ⅰ步H₂SO₄与Fe₂O₃反应的离子方程式是                          。

（2）检验第Ⅱ步中Fe³⁺是否完全被还原，应选择          （填字母编号）。

A．KMnO₄溶液   B．KCl溶液   C．KSCN 溶液

（3）第Ⅲ步加FeCO₃调溶液pH到5.8左右，然后在第Ⅳ步通入空气使溶液pH到5.2，此时Fe²⁺不沉淀，滤液中铝、硅杂质被除尽，通入空气引起溶液pH降低的原因是                  。

（4）FeSO₄可转化为FeCO₃，FeCO₃在空气中加热反应可制得铁系氧化物材料。

已知25℃，101kPa时：4Fe（s）+3O₂（g）＝2Fe₂O₃（s）△H=﹣1648kJ/mol

C（s）+O₂（g）＝CO₂（g）△H=﹣393kJ/mol

2F_e（s）+2C（s）+3O₂（g）＝2F_eCO₃（s）△H=﹣1480kJ/mol

FeCO₃在空气中加热反应生成Fe₂O₃的热化学方程式是                  。

（5）FeSO₄在一定条件下可制得FeS₂（二硫化亚铁）纳米材料，该材料可用于制造高容量锂电池，电池放电时的总反应为4Li+FeS₂=Fe+2Li₂S，正极反应式是                   。

（6）假如烧渣中的铁全部视为Fe₂O₃，其含量为50%，将a kg质量分数为b%的硫酸加入到c kg烧渣中浸取，铁的浸取率为96%，其它杂质浸出消耗的硫酸以及调pH后溶液呈微酸性，所残留的硫酸忽略不计，按上述流程，第Ⅲ步应加入FeCO₃          kg

Answer

（1）Fe2O3+6H+＝2Fe3++3H2O （2） C

（3）氧气可以将Fe2+离子氧化为Fe3+离子，Fe3+离子水解生成H+

（4）4FeCO3（s）+O2（g）＝2Fe2O3（s）+4CO2（g）△H＝﹣260kJ/mol

（5）FeS2+4e﹣＝Fe+2S2﹣ （3分） （6）（0.118ab﹣0.646c）

【解析】

试题分析：硫铁矿烧渣用硫酸浸取，过滤后滤液中含有硫酸铁和未反应的硫酸，用活化硫铁矿还原铁离子后过滤，向滤液中加入碳酸亚铁调节溶液pH，过滤后再通入空气，调节溶液的pH，除去溶液中杂质离子，过滤浓缩结晶得到硫酸亚铁晶体。

（1）硫酸和氧化铁反应生成硫酸铁和水，离子方程式为：Fe2O3+6H+＝2Fe3++3H2O。

（2）硫氰化钾可以检验铁离子，显红色，所以若Fe3+没有完全还原，则可以用KSCN检验，答案选C。

（3）氧气可以将Fe2+被氧化为Fe3+， Fe3+水解产生H+，使溶液的pH降低。

（4）根据盖斯定律，①－③×2+②×4即可，4FeCO3(s)+O2(g) =2Fe2O3(s)+ 4CO2(g) △H＝－1648－2×（－1480）+4×（－393）=－256kJ/mol。

（5）电池放电时的总反应为4Li+ FeS2= Fe +2Li2S，正极发生还原反应，所以是二硫化亚铁得到电子生成铁和硫离子，电极反应式为：FeS2+4e－= Fe +2S2－。

（6））由于最终得到FeSO4，根据元素守恒，n(Fe)=n(S)，Fe来自于Fe2O3、FeS2、FeCO3；S来自于FeS2、H2SO4则有：+＝

＝0.118ab﹣0.646c。

【考点定位】本题主要是考查化学工艺流程、化学反应与能量、元素及化合物、化学计算等

【名师点睛】该类试题的关键是要明确实验目的，理解装置的作用以及工艺流程的原理，吸收题目新信息并且能加以灵活运用。工艺流程题设问的地方：反应速率与平衡理论的运用；氧化还原反应的判断、方程式书写；利用控制pH分离除杂；利用溶解度分离；常用的分离方法、实验操作；流程中的物质转化和循环；绿色化学评价；电化学；计算产量、产率、产品纯度等。