Question

10．為了保護環境，充分利用資源，某研究小組通過如圖簡化流程，將工業制硫酸的硫鐵礦燒渣（含Fe₂O₃．SiO₂．Al₂O₃等）轉變成重要的工業原料FeSO₄（反應條件略）

活化硫鐵礦還原Fe³⁺的主要反應為：FeS₂+7Fe₂（SO₄）₃+8H₂O═15FeSO₄+8H₂SO₄，不考慮其它反應，請回答下列問題：
（1）第1步H₂SO₄與Fe₂O₃反應的離子方程式是Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O．
（2）檢驗第Ⅱ步中Fe³⁺是否完全還原，應選擇B（填字母編號）．
A．KMnO₄溶液      B．KSCN溶液     C．KCl溶液  D．KOH
（3）第Ⅲ步加FeCO₃調溶液pH=6時，利用相關數據計算，（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）判斷Al³⁺是（填“是”或“否”）能沉淀完全．
（4）FeCO₃在空氣中加熱反應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在空氣中加熱反應生成Fe₂O₃的熱化學方程式是4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ/mol．
（5）FeSO₄溶液在加熱濃縮結晶時要注意避免接觸到空氣防止其被氧化，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為4Li+FeS₂═Fe+2Li₂S，正極反應式是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、未反應的硫酸，用活化硫鐵礦還原Fe³⁺后過濾，向濾液中加入FeCO₃調節溶液pH，過濾后在通入空氣、調節溶液pH，除去溶液中雜質離子，過濾濃縮結晶得到FeSO₄晶體．
（1）H₂SO₄與Fe₂O₃反應生成硫酸鐵與水；
（2）用KSCN 溶液檢驗第Ⅱ步中Fe³⁺是否完全還原；
（3）溶液pH=6時，c（OH^-）=1×10^-8 mol/L，根據c（Al³⁺）=$\frac{KspAl（OH）{\;}_{3}}{c{\;}^{3}（OH{\;}^{-}）}$計算出鋁離子的濃度，并判斷沉淀是否完全；
（4）發生反應：4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂，根據蓋斯定律，由已知熱化學方程式乘以適當的系數進行加減，構造目標熱化學方程式；
（5）硫酸亞鐵易被空氣中氧氣氧化，電池放電時的總反應為：4Li+FeS₂═Fe+2Li₂S，正極發生還原反應，FeS₂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、未反應的硫酸，用活化硫鐵礦還原Fe³⁺后過濾，向濾液中加入FeCO₃調節溶液pH，過濾后在通入空氣、調節溶液pH，除去溶液中雜質離子，過濾濃縮結晶得到FeSO₄晶體．
（1）H₂SO₄與Fe₂O₃反應生成硫酸鐵與水，反應離子方程式為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：B；
（3）溶液pH=6時，c（OH^-）=1×10^-8 mol/L，根據c（Al³⁺）=$\frac{KspAl（OH）{\;}_{3}}{c{\;}^{3}（OH{\;}^{-}）}$=$\frac{1.9×10{\;}^{-33}}{1×10{\;}^{-24}}$mol/L=1.9×10^-9 mol/L＜10^-5mol/L，所以鋁離子沉淀已經完全，
故答案為：是；
（4）發生反應：4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+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）硫酸亞鐵易被空氣中氧氣氧化，所以FeSO₄溶液在加熱濃縮結晶時要注意避免接觸到空氣防止其被氧化，電池放電時的總反應為：4Li+FeS₂═Fe+2Li₂S，正極發生還原反應，FeS₂獲得電子生成Fe、S^2-，正極電極反應式為：FeS₂+4e^-=Fe+2S^2-，
故答案為：避免接觸到空氣防止其被氧化；FeS₂+4e^-=Fe+2S^2-．

點評 本題以化學工藝流程為載體，考查離子方程式書寫、離子檢驗、熱化學方程式書寫、電極反應式、化學計算等，需要學生熟練掌握元素化合物知識．