Question

【題目】為了保護(hù)環(huán)境，充分利用資源，某研究小組通過(guò)如下簡(jiǎn)化流程，將工業(yè)制硫酸的硫鐵礦渣（鐵主要以Fe2O3存在）轉(zhuǎn)變成重要的化工原料FeSO4（反應(yīng)條件略）。

活化硫鐵礦還原Fe3+的主要反應(yīng)為：FeS2+7Fe2（SO4）3+8H2O=15FeSO4+8H2SO4，不考慮其他反應(yīng)。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）第Ⅰ步H2SO4與Fe2O3反應(yīng)的離子方程式是_____________________。

（2）檢驗(yàn)第Ⅱ步中Fe3+是否完全還原，應(yīng)選擇_________________（填字母編號(hào)）。

A．KMnO4溶液 B．淀粉-KI溶液 C．KSCN溶液

（3）第Ⅲ步加FeCO3調(diào)溶液pH到5．8左右，然后在第Ⅳ步通入空氣使溶液pH降到5．2，此時(shí)Fe2+不沉淀，濾液中鋁、硅雜質(zhì)除盡。通入空氣引起溶液pH降低的原因是_______________。

（4）FeSO4在一定條件下可制得FeS2（二硫化亞鐵）納米材料。該材料可用于制造高容量鋰電池，電池放電時(shí)的總反應(yīng)為4Li+ FeS2=Fe+2Li2S，正極反應(yīng)式是___________。

（5）FeSO4可轉(zhuǎn)化為FeCO3，FeCO3在空氣中加熱反應(yīng)可制得鐵系氧化物材料。

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

C（s）+O2（g）=CO2（g）H =-392kJ/mol

2Fe（s）+2C（s）+3O2（g）=2FeCO3（s）H =-1480kJ/mol

FeCO3在空氣中加熱反應(yīng)生成Fe2O3的熱化學(xué)方程式是______________。

（6）假如燒渣中的鐵全部視為Fe2O3，其含量為p。將b kg質(zhì)量分?jǐn)?shù)為c的硫酸加入到a kg燒渣中浸取，鐵的浸取率為q，其他雜質(zhì)浸出消耗的硫酸以及調(diào)pH后溶液呈微酸性所殘留的硫酸忽略不計(jì)。按上述流程，第Ⅲ步應(yīng)加入FeCO3___________kg。

Answer 1

【答案】Fe2O3+6H+＝2Fe3++3H2O BC Fe2+被氧化為Fe3+，Fe3+水解產(chǎn)生H+ FeS2+4e－=Fe+2S2－ 4FeCO3(s)+O2(g) =2Fe2O3(s)+ 4CO2(g) H=－256kJ/mol -

【解析】

硫鐵礦燒渣用硫酸浸取，過(guò)濾后濾液中含有硫酸鐵和未反應(yīng)的硫酸，用活化硫鐵礦還原鐵離子后過(guò)濾，向?yàn)V液中加入碳酸亞鐵調(diào)節(jié)溶液pH，過(guò)濾后再通入空氣，調(diào)節(jié)溶液的pH，除去溶液中雜質(zhì)離子，過(guò)濾濃縮結(jié)晶得到硫酸亞鐵晶體。

硫鐵礦燒渣用硫酸浸取，過(guò)濾后濾液中含有硫酸鐵和未反應(yīng)的硫酸，用活化硫鐵礦還原鐵離子后過(guò)濾，向?yàn)V液中加入碳酸亞鐵調(diào)節(jié)溶液pH，過(guò)濾后再通入空氣，調(diào)節(jié)溶液的pH，除去溶液中雜質(zhì)離子，過(guò)濾濃縮結(jié)晶得到硫酸亞鐵晶體。

（1）硫酸和氧化鐵反應(yīng)生成硫酸鐵和水，離子方程式為：Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O。

（2）檢驗(yàn)Fe3+是否完全還原即檢驗(yàn)還原后的溶液中是否含Fe3+，淀粉碘化鉀可以和鐵離子反應(yīng)生成碘單質(zhì)，碘單質(zhì)遇淀粉顯藍(lán)色；硫氰化鉀可以檢驗(yàn)鐵離子，溶液顯紅色；KMnO4溶液與Fe3+不反應(yīng)，不能檢驗(yàn)Fe3+；答案選BC。

（3）氧氣可以將Fe2+被氧化為Fe3+， Fe3+水解產(chǎn)生H+，使溶液的pH降低。

（4）電池放電時(shí)的總反應(yīng)為4Li+ FeS2=Fe +2Li2S，正極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，所以是二硫化亞鐵得到電子生成鐵和硫離子，電極反應(yīng)式為：FeS2+4e－=Fe+2S2－。

（5）將已知熱化學(xué)方程式編號(hào)

①4Fe（s）+ 3O2（g）=2Fe2O3（s）H=-1648kJ/mol

②C（s）+O2（g）=CO2（g）H =-392kJ/mol

③2Fe（s）+2C（s）+3O2（g）=2FeCO3（s）H =-1480kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律，①-③×2+②×4即得，4FeCO3（s）+O2（g）=2Fe2O3（s）+ 4CO2（g）H=-1648kJ/mol-2×（-1480kJ/mol）+4×（-392kJ/mol）=－256kJ/mol。

（6）氧化鐵含量為p，akg燒渣中氧化鐵的質(zhì)量為ap×103g，鐵的浸取率為q，則參與反應(yīng)的氧化鐵的質(zhì)量為ap×103×qg，物質(zhì)的量為mol；硫酸的物質(zhì)的量為mol；加入碳酸亞鐵，浸取時(shí)加入的硫酸，活化硫鐵礦還原鐵離子時(shí)生成的硫酸完全轉(zhuǎn)化為硫酸亞鐵，根據(jù)FeS2~7Fe2（SO4）3~7Fe2O3，可知參加反應(yīng)的二硫化亞鐵的物質(zhì)的量為硫酸鐵物質(zhì)的量的，即為mol；根據(jù)硫元素守恒，硫酸亞鐵的總物質(zhì)的量=（ + ）mol；根據(jù)鐵元素守恒知碳酸亞鐵的物質(zhì)的量= （ + ）mol - mol - mol，質(zhì)量為 [（ + ）mol - mol - mol] ×116g/mol=（）kg。