Question

以硫铁矿（主要成分为FeS₂）为原料制备氯化铁晶体（FeCl₃·6H₂O）的工艺流程如下：

完成下列填空：

（1）焙烧产生的SO₂可以继续制备硫酸，其中的反应之一为：2SO₂+O₂ 2SO₃+Q(Q>0)，该反应的平衡常数表达式为K=___________；欲使K值增大，可采取的措施是______________。若经一段时间后SO₃的浓度增加了4mol/L，在这段时间内用O₂表示的反应速率为0.4 mol/(L∙s)，则这段时间为_______（选填编号）。

a．1s            b．5s            c．10s            d．50s

（2）硫铁矿焙烧后的烧渣中含有Fe₂O₃、Fe₃O₄等。酸溶后溶液中主要存在的阳离子有______________，不能用硫酸代替盐酸的原因是____________________________。

（3）通入氯气时，主要反应的离子方程式为________________________。从氧化后的溶液中得到氯化铁晶体的实验步骤为_______________、_______________、过滤洗涤。

（4）酸溶及后续过程中均需保持盐酸过量，请从水解平衡移动原理解释原因_________________________________________________________________________。

Answer

K 降温 b Fe2+、Fe3+、H+(H+不写不扣分) 会引入SO42-离子，影响产品的纯度 2Fe2++Cl2→2Fe3++2Cl- 蒸发浓缩 冷却结晶 Fe3++3H2O⇌Fe(OH)3+3H+，盐酸过量，使[H+]增大，平衡朝逆向移动，抑制Fe3+的水解，增大了氯化铁晶体的产量

【解析】（1）化学平衡常数为生成物的浓度幂之积与反应物的浓度幂之积的比，故2SO2+O2 2SO3+Q(Q>0)的K＝c2(SO3)/c(O2)·c2(SO2)；化学平衡常数K是只受温度影响，要使K增大，平衡要正向移动，该反应是放热反应，只有降低温度；一段时间后SO3的浓度增加了4 mol·L-1，O2的浓度减小了2 mol·L-1，而V(O2) =△C/△t=2mol·L-1/△t =0.4 mol/(L∙s)

△t=5s,所以选项b正确；

（2）在硫铁矿烧渣中含有Fe2O3、Fe3O4，当加入酸时，Fe2O3、Fe3O4、发生反应变为Fe2+、Fe3+、存在于溶液中，要保证Fe2O3、Fe3O4充分溶解，还要使酸过量，所以溶液中还有H+；酸溶后溶液中主要存在的阳离子有Fe2+、Fe3+、H+；以硫铁矿制取FeCl3·6H2O，是利用硫铁矿中的铁元素，如果用硫酸溶解，在生产过程中要除去SO42-，一方面增加生产成本，另一方面引入SO42-离子，影响产品的纯度，所以不能用硫酸代替盐酸；

（3）酸溶后溶液中有Fe2+、Fe3+、H+，通入氯气时，Fe2+将被氧化为Fe3+，反应的离子方程式为：2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-；由于FeCl3能够发生水解，所以要在溶液酸性条件或氯化氢气流氛围中将氯化铁的溶液蒸发浓缩、冷却结晶；

（4）酸溶时保持盐酸过量是为了使铁的化合物充分溶解，全部转化为离子；因为Fe3+在水溶液中能够发生：Fe3++3H2O⇌Fe(OH)3+3H+，保持盐酸过量，使C（H+）增大，平衡向逆反应方向移动，抑制Fe3+的水解，可以增大氯化铁晶体的产量。