Question

为了保护环境，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(铁主要以Fe₂O₃存在)转变成重要的化工原料FeSO₄(反应条件略去)。

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⁺是否完全还原，应选择_____________(填字母编号)．

A．KMnO₄溶液     B．K₃[Fe(CN)₆]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akg质量分数为b%的硫酸加入到ckg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】

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、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，故答案为C；（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。

【考点定位】以化学工艺流程为载体，考查离子方程式书写、离子检验、热化学方程式书写、电极反应式、化学计算等

【名师点晴】需要学生熟练掌握元素化合物知识，（6）中计算为易错点、难点，注意利用守恒法计算，避免计算繁琐；流程分析：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，据此答题。