Question

9．為了保護環(huán)境，充分利用資源，某研究小組通過如下簡化流程，將工業(yè)制硫酸的硫鐵礦燒渣（含F(xiàn)e₂O₃．SiO₂．Al₂O₃等）轉(zhuǎn)變成重要的工業(yè)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，不考慮其它反應(yīng)，請回答下列問題：
（1）第1步H₂SO₄與Fe₂O₃反應(yīng)的離子方程式是Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O．
（2）檢驗第II步中Fe³⁺是否完全還原，應(yīng)選擇C（填字母編號）．
A．KMnO₄溶液      B．K₃[Fe（CN）₆]溶液     C．KSCN溶液
（3）第III步加FeCO₃調(diào)溶液pH=6時，利用相關(guān)數(shù)據(jù)計算，判斷Al³⁺是否沉淀完全？是（填“是”或“否”）（已知Ksp Al（OH）₃=1.9×10^-33，當離子濃度小于1×10^-5mol•L^-1時，可認為沉淀完全）
（4）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：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在空氣中加熱反應(yīng)生成Fe₂O₃的熱化學方程式是4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ/mol．
（5）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，電池放電時的總反應(yīng)為4Li+FeS₂═Fe+2Li₂S，正極反應(yīng)式是FeS₂+4e^-=Fe+2S^2-．

Answer 1

分析 硫鐵礦燒渣用硫酸浸取，過濾后濾液中含有硫酸鐵、硫酸鋁、未反應(yīng)的硫酸，用活化硫鐵礦還原Fe³⁺后過濾，向濾液中加入FeCO₃調(diào)節(jié)溶液pH，過濾后在通入空氣、調(diào)節(jié)溶液pH，除去溶液中雜質(zhì)離子Al³⁺，過濾濃縮結(jié)晶得到FeSO₄晶體，
（1）H₂SO₄與Fe₂O₃反應(yīng)生成硫酸鐵與水；
（2）用KSCN 溶液檢驗第Ⅱ步中Fe³⁺是否完全還原；
（3）根據(jù)KspAl（OH）₃計算pH=6時溶液里Al³⁺的濃度，比較一下就可以判斷了；
（4）發(fā)生反應(yīng)：4FeCO₃+O₂ 2Fe₂O₃+4CO₂，根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學方程式乘以適當?shù)南禂?shù)進行加減，構(gòu)造目標熱化學方程式；
（5）電池放電時的總反應(yīng)為：4Li+FeS₂═Fe+2Li₂S，正極發(fā)生還原反應(yīng)，F(xiàn)eS₂獲得電子生成Fe、S^2-；

解答 解：硫鐵礦燒渣用硫酸浸取，過濾后濾液中含有硫酸鐵、硫酸鋁、未反應(yīng)的硫酸，用活化硫鐵礦還原Fe³⁺后過濾，向濾液中加入FeCO₃調(diào)節(jié)溶液pH，過濾后在通入空氣、調(diào)節(jié)溶液pH，除去溶液中雜質(zhì)離子Al³⁺，過濾濃縮結(jié)晶得到FeSO₄晶體．
（1）H₂SO₄與Fe₂O₃反應(yīng)生成硫酸鐵與水，反應(yīng)離子方程式為：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，故答案為：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O；
（2）KMnO₄溶液、K₃[Fe（CN）₆]溶液可以檢驗有Fe²⁺生成，取第Ⅱ步反應(yīng)中溶液少許與試管中，滴加KSCN 溶液，若溶液不變紅色，說明Fe³⁺完全被還原，故答案為：C；
（3）已知KspAl（OH）₃=c（Al³⁺）c³（OH^-）=1.9×10^-33，當pH=6時c（OH0=1×10^-8mol/L，c（Al³⁺）=$\frac{KspAl（OH）_{3}}{c^3（OH）}=\frac{1.9×1{0}^{-33}}{（1×1{0}^{-8}）^3}=1.9×1{0}^{-9}$mol/L＜1×10^-5mol•L^-1，此時Al³⁺沉淀完全，故答案為：是；
（4）發(fā)生反應(yīng)：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
根據(jù)蓋斯定律，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，
故反應(yīng)熱化學方程式為：4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ/mol，
故答案為：4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ/mol；
（5）電池放電時的總反應(yīng)為：4Li+FeS₂═Fe+2Li₂S，正極發(fā)生還原反應(yīng)，F(xiàn)eS₂獲得電子生成Fe、S^2-，正極電極反應(yīng)式為：FeS₂+4e^-=Fe+2S^2-，故答案為：FeS₂+4e^-=Fe+2S^2-．

點評 本題為化學工藝流程題，考查離子方程式書寫、離子檢驗、熱化學方程式書寫、電極反應(yīng)式、溶度積計算等，需要學生熟練掌握元素化合物知識，對學生的解題能力要求較高，中等難度．