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

2Fe（s）+2C（s）+3O₂（g）═2FeCO₃（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﹣；

（6）（0.0118ab﹣0.646c）．

【解析】硫铁矿烧渣用硫酸浸取，过滤后滤液中含有硫酸铁、未反应的硫酸，用活化硫铁矿还原Fe3+后过滤，向滤液中加入FeCO3调节溶液pH，过滤后在通入空气、调节溶液pH，除去溶液中杂质离子，过滤浓缩结晶得到FeSO4晶体．

（1）H2SO4与Fe2O3反应生成硫酸铁与水，反应离子方程式为：Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O，

（2）KMnO4溶液、K3[Fe（CN）6]溶液可以检验有Fe2+生成，取第Ⅱ步反应中溶液少许与试管中，滴加KSCN 溶液，若溶液不变红色，说明Fe3+完全被还原，

（3）氧气可以将Fe2+离子氧化为Fe3+离子，Fe3+离子水解生成H+，使溶液pH降低，

（4）发生反应：4FeCO3+O22Fe2O3+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

根据盖斯定律，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，

故反应热化学方程式为：4FeCO3（s）+O2（g）=2Fe2O3（s）+4CO2（g）△H=﹣260kJ/mol，

（5）电池放电时的总反应为：4Li+FeS2═Fe+2Li2S，正极发生还原反应，FeS2获得电子生成Fe、S2﹣，正极电极反应式为：FeS2+4e﹣=Fe+2S2﹣，

（6）Fe2O3含量为50%，ckg烧渣中，Fe2O3质量为50%×ckg，铁的浸取率为96%，侧参加反应的Fe2O3质量为50%×ckg×96%，其物质的量为（50%×c×103×96%）g÷160g/mol=3c mol，akg质量分数为b%的硫酸中m（H2SO4）=b%×akg，其物质的量为（b%×a×103）g÷98g/mol=mol，第Ⅲ步应加入FeCO3后，浸取时加入的硫酸、活化硫铁矿还原Fe3+时生成的硫酸完全转化为FeSO4，

根据FeS2～7Fe2（S04）3～7Fe2O3，可知参加反应的FeS2的物质的量×3c mol，

根据硫元素守恒计算n总（FeSO4）=×3c mol×2+mol，

由Fe元素守恒n（FeCO3）=n总（FeSO4）﹣n（FeS2）﹣2n（Fe2O3）=×3c mol×2+mol﹣×3c mol﹣2×3c mol=mol﹣mol，故m（FeCO3）=（﹣） mol×116g/mol≈（11.8ab﹣646c）g，即为（0.0118ab﹣0.646c）Kg，