Question

3．利用硫鐵礦（主要成分FeS₂）生產(chǎn)硫酸和綠礬（FeSO₄•7H₂O）的工業(yè)流程示意圖如圖：

（1）沸騰爐中，硫鐵礦進行粉碎處理的目的是增大反應物的接觸面積，提高化學反應速率．
（2）接觸室中，發(fā)生的主要反應是SO₂與O₂的反應，其化學方程式是2SO₂+O₂$?_{△}^{催化劑}$2SO₃．
（3）反應釜中，燒渣經(jīng)過反應轉化為溶液I和固體．
①燒渣中的FeS在反應中做還原劑（填“氧化”或“還原”）．
②溶液I中所含溶質的化學式是Fe₂（SO₄）₃、H₂SO₄．
（4）操作a的主要步驟是：加熱濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌．
（5）流程中，固體X可以選擇硫鐵礦（FeS₂）或Fe；當固體X為硫鐵礦（FeS₂）時，將溶液I與固體X發(fā)生反應的離子方程式補充完整：
FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O═Fe²⁺+SO₄^2-+16H⁺．

Answer 1

分析 硫鐵礦在沸騰爐中高溫生成氧化鐵與二氧化硫，混合氣體Ⅰ為二氧化硫和空氣，經(jīng)過接觸室后二氧化硫被氧化成三氧化硫，所以混合氣體Ⅱ為三氧化硫、二氧化硫、空氣等，沸騰爐中產(chǎn)生的爐渣主要為硫化亞鐵、氧化鐵、二氧化硅等，加入硫酸溶解，再用氧氣氧化可得溶液Ⅰ主要成分為硫酸鐵，硫酸鐵中加入鐵粉得溶液Ⅱ為硫酸亞鐵溶液，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶得到硫酸亞鐵晶體，燒渣用酸溶解后得固體主要成分為二氧化硅和硫，硫經(jīng)氧化得二氧化硫，可循環(huán)利用，
（1）固體粉碎處理可使固體與氣體充分接觸，加快反應速率；
（2）接觸室中，SO₂與O₂的反應生成SO₃；
（3）①反應釜中的FeS被氧化成硫，據(jù)此答題；
②根據(jù)上面的分析可知，溶液Ⅰ主要成分為硫酸鐵及過量的硫酸；
（4）操作a為從硫酸亞鐵溶液中獲得硫酸亞鐵晶體，可以用降溫結晶的方法；
（5）流程中，固體X主要目的是將鐵離子還原成亞鐵離子，據(jù)此書寫離子方程式．

解答 解：（1）沸騰爐中，硫鐵礦進行粉碎處理的目的是使固體與氣體充分接觸，加快反應速率，
故答案為：增大反應物的接觸面積，提高化學反應速率；
（2）接觸室中，SO₂與O₂的反應生成SO₃，反應的化學方程式為2SO₂+O₂ $?_{△}^{催化劑}$ 2SO₃，
故答案為：2SO₂+O₂ $?_{△}^{催化劑}$ 2SO₃；
（3）①反應釜中的FeS被氧化成硫，所以FeS在反應中做還原劑，
故答案為：還原；
②根據(jù)上面的分析可知，溶液Ⅰ主要成分為硫酸鐵及過量的硫酸，其化學式為Fe₂（SO₄）₃、H₂SO₄，
故答案為：Fe₂（SO₄）₃、H₂SO₄；
（4）操作a為從硫酸亞鐵溶液中獲得硫酸亞鐵晶體，其操作為加熱濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌，
故答案為：冷卻結晶；
（5）流程中，固體X主要目的是將鐵離子還原成亞鐵離子，所以X可以是FeS₂或Fe，硫鐵礦（FeS₂）與硫酸鐵發(fā)生氧化還原反應生成亞鐵離子和硫酸根離子，反應的離子方程式為FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O═15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺，
故答案為：Fe；14Fe³⁺、8H₂O、16H⁺．

點評 本題考查制備方案設計，側重考查學生對操作步驟、原理的分析評價，是對學生綜合能力的考查，難度中等．