Question

9．为了保护环境，充分利用资源，某研究小组通过如下简化流程，将工业制硫酸的硫铁矿烧渣（含Fe₂O₃．SiO₂．Al₂O₃等）转变成重要的工业原料FeSO₄（反应条件略）

活化硫铁矿还原Fe³⁺的主要反应为：FeS₂+7Fe₂（SO₄）₃+8H₂O═15FeSO₄+8H₂SO₄，不考虑其它反应，请回答下列问题：
（1）第1步H₂SO₄与Fe₂O₃反应的离子方程式是Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O．
（2）检验第II步中Fe³⁺是否完全还原，应选择C（填字母编号）．
A．KMnO₄溶液      B．K₃[Fe（CN）₆]溶液     C．KSCN溶液
（3）第III步加FeCO₃调溶液pH=6时，利用相关数据计算，判断Al³⁺是否沉淀完全？是（填“是”或“否”）（已知Ksp Al（OH）₃=1.9×10^-33，当离子浓度小于1×10^-5mol•L^-1时，可认为沉淀完全）
（4）FeCO₃在空气中加热反应可制得铁系氧化物材料．
已知25℃，101kPa时：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在空气中加热反应生成Fe₂O₃的热化学方程式是4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ/mol．
（5）FeSO₄在一定条件下可制得FeS₂（二硫化亚铁）纳米材料，该材料可用于制造高容量锂电池，电池放电时的总反应为4Li+FeS₂═Fe+2Li₂S，正极反应式是FeS₂+4e^-=Fe+2S^2-．

Answer 1

分析 硫铁矿烧渣用硫酸浸取，过滤后滤液中含有硫酸铁、硫酸铝、未反应的硫酸，用活化硫铁矿还原Fe³⁺后过滤，向滤液中加入FeCO₃调节溶液pH，过滤后在通入空气、调节溶液pH，除去溶液中杂质离子Al³⁺，过滤浓缩结晶得到FeSO₄晶体，
（1）H₂SO₄与Fe₂O₃反应生成硫酸铁与水；
（2）用KSCN 溶液检验第Ⅱ步中Fe³⁺是否完全还原；
（3）根据KspAl（OH）₃计算pH=6时溶液里Al³⁺的浓度，比较一下就可以判断了；
（4）发生反应：4FeCO₃+O₂ 2Fe₂O₃+4CO₂，根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减，构造目标热化学方程式；
（5）电池放电时的总反应为：4Li+FeS₂═Fe+2Li₂S，正极发生还原反应，FeS₂获得电子生成Fe、S^2-；

解答 解：硫铁矿烧渣用硫酸浸取，过滤后滤液中含有硫酸铁、硫酸铝、未反应的硫酸，用活化硫铁矿还原Fe³⁺后过滤，向滤液中加入FeCO₃调节溶液pH，过滤后在通入空气、调节溶液pH，除去溶液中杂质离子Al³⁺，过滤浓缩结晶得到FeSO₄晶体．
（1）H₂SO₄与Fe₂O₃反应生成硫酸铁与水，反应离子方程式为：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，故答案为：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O；
（2）KMnO₄溶液、K₃[Fe（CN）₆]溶液可以检验有Fe²⁺生成，取第Ⅱ步反应中溶液少许与试管中，滴加KSCN 溶液，若溶液不变红色，说明Fe³⁺完全被还原，故答案为：C；
（3）已知KspAl（OH）₃=c（Al³⁺）c³（OH^-）=1.9×10^-33，当pH=6时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，此时Al³⁺沉淀完全，故答案为：是；
（4）发生反应：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
根据盖斯定律，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，
故反应热化学方程式为：4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ/mol，
故答案为：4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ/mol；
（5）电池放电时的总反应为：4Li+FeS₂═Fe+2Li₂S，正极发生还原反应，FeS₂获得电子生成Fe、S^2-，正极电极反应式为：FeS₂+4e^-=Fe+2S^2-，故答案为：FeS₂+4e^-=Fe+2S^2-．

点评 本题为化学工艺流程题，考查离子方程式书写、离子检验、热化学方程式书写、电极反应式、溶度积计算等，需要学生熟练掌握元素化合物知识，对学生的解题能力要求较高，中等难度．