Question

14．工業上用硫鐵礦石（主要成分FeS₂）在沸騰爐中焙燒，經過一系列反應，得到硫酸，焙燒后的礦渣用于煉鐵．其轉化過程如圖所示（部分條件、反應物和產物已略去）：

請回答下列問題：
（1）在上面轉化過程中，硫元素被氧化的反應是①③（填反應編號）．
（2）寫出反應②中煉鐵的化學方程式3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2Fe+3CO₂．若用1000t含雜質28%的礦渣煉鐵，理論上可得到含鐵96%的生鐵質量為525 t．
（3）寫出反應①的化學方程式4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，若有12.0g FeS₂參加反應，則發生轉移的電子數為6.62×10²³．
（4）煙氣中SO₂的排放會造成酸雨，工業上常用Na₂SO₃溶液來吸收SO₂以減少對環境的危害．
①常溫下，將SO₂通入一定體積的1.0mol•L^-1Na₂SO₃溶液中，溶液pH不斷減小．當溶液pH約為6時，吸收SO₂的能力顯著下降，此時溶液中c（SO₃^2-）的濃度是0.2mol•L^-1，則溶液中c（HSO₃^-）是1.6mol•L^-1．用化學平衡原理解釋此時溶液顯酸性的原因HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-和HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-，HSO₃^-的電離程度大于其水解程度．
②向①中pH約為6時的吸收液中通入足量O₂充分反應．取反應后溶液10mL與10mLBaCl₂溶液混合，欲使混合時能生成沉淀，所用BaCl₂溶液的濃度不得低于2.4×10^-10mol•L^-1．[已知25℃時，K_sp（BaSO₃）=5.48×10^-7，K_sp（BaSO₄）=1.08×10^-10]．

Answer 1

分析 硫鐵礦石（主要成分FeS₂）在沸騰爐中焙燒，得到二氧化硫和礦渣主要成分為氧化鐵，二氧化硫催化氧化生成三氧化硫，三氧化硫溶于水生成硫酸，氧化鐵被一氧化碳還原生成單質鐵，
（1）被氧化的元素是在反應中化合價升高；
（2）反應②中煉鐵的反應為一氧化碳還原氧化銅鐵生成鐵和一氧化碳，結合化學方程式定量關系計算；
（3）反應①是硫鐵礦石中硫化亞鐵被氧氣氧化生成氧化鐵和二氧化硫，化學方程式中定量關系和鹽酸化合價變化計算電子轉移總數來計算有12.0g FeS₂參加反應，則發生轉移的電子數；
（4）①結合2Na₂SO₃+SO₂+H₂O═2NaHSO₃分析離子濃度，溶液pH約為6時，吸收SO₂的能力顯著下降，溶質為NaHSO₃，則電離大于其水解．
②向pH約為6的吸收劑中通入足量的O₂，發生氧化還原反應生成硫酸鈉和硫酸，結合硫元素守恒計算，注意溶液體積變化．

解答 解：（1）在上面轉化過程中，硫元素被氧化的反應是①4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2Fe₂O₃+8SO₂，反應中硫元素化合價-1價變化為+4價升高被氧化，③反應為2SO₂+O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃，反應中硫元素化合價+4價變化為+6價被氧化，
故答案為：①③；
（2）反應②中煉鐵的反應為一氧化碳還原氧化銅鐵生成鐵和一氧化碳，反應的化學方程式為：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2Fe+3CO₂，若用1000t含雜質28%的礦渣煉鐵，理論上可得到含鐵96%的生鐵質量為x，
       3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2Fe+3CO₂，
                160              112
  1000t×（1-28%）           96%x   
x=525
故答案為：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2Fe+3CO₂； 525；
（3）反應①是硫鐵礦石中硫化亞鐵被氧氣氧化生成氧化鐵和二氧化硫，反應的化學方程式為：4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2Fe₂O₃+8SO₂，反應中電子轉移總數44e^-，反應的FeS₂的質量為480g，則若有12.0g FeS₂參加反應，則發生轉移的電子數為1.1mol，電子轉移總數6.62×10²³或1.1N_A，
故答案為：4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2Fe₂O₃+8SO₂； 6.62×10²³或1.1N_A；
（4）①由2Na₂SO₃+SO₂+H₂O═2NaHSO₃，c（SO₃^2-）的濃度是0.2mol•L^-1，則反應的Na₂SO₃溶液為1.0mol/L-0.2mol/L=0.8mol/L，由反應中的物質的量關系可知，生成的c（HSO₃^-）為0.8mol/L×2=1.6mol/L；溶液中c（HSO₃^-）則電離大于其水解，溶液顯酸性，涉及平衡有HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-和HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-，HSO₃^-的電離程度大于其水解程度，
故答案為：1.6；HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-和HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-，HSO₃^-的電離程度大于其水解程度；
②向pH約為6的吸收劑中通入足量的O₂，發生氧化還原反應生成硫酸鈉和硫酸，發生的反應為2NaHSO₃+O₂═Na₂SO₄+H₂SO₄，2Na₂SO₃+O₂=2Na₂SO₄，則硫元素守恒得到混合溶液中硫酸根離子濃度=$\frac{0.01L×0.2mol/L+0.01L×1.6mol/L}{0.02L}$=0.9mol/L，
c（Ba²⁺）=$\frac{1.08×1{0}^{-10}}{0.9mol/L}$=1.2×10^-10mol/L，則所用BaCl₂溶液的濃度不得低于2.4×10^-10mol/L，
故答案為：2.4×10^-10．

點評 本題考查了物質分離提純、化學方程式計算、鹽類水解應用、氧化還原反應的電子轉移等知識點，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．