题目内容
【题目】聚合硫酸铁(PFS)是一种高效的无机高分子絮凝剂。某工厂利用经浮选的硫铁矿烧渣(有效成分为Fe2O3 和Fe3O4)制备PFS,其工艺流程如下图所示。
(1)还原焙烧过程中,CO还原Fe3O4生成FeO的热化学方程式为________________________。
已知: Fe3O4(s)+C(s)= 3FeO(s)+CO(g) ΔH1=+191.9kJ·mol-1
C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH2=-393.5kJ·mol-1
C(s)+CO2(g)=2CO(g) ΔH3=+172.5kJ·mol-1
(2)CO是还原焙烧过程的主要还原剂。下图中,曲线表示4个化学反应a、b、c、d达到平衡时气相组成和温度的关系,I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别是Fe2O3、Fe3O4、FeO、Fe稳定存在的区域。a属于_________(填“吸热反应”或“放热反应”);570℃时,d反应的平衡常数K= ____________。
(3)工业上,还原焙烧的温度一般控制在800℃左右,温度不宜过高的理由是___________________。
(4)若“酸浸”时间过长,浸出液中Fe2+含量反而降低,主要原因是___________________________。
(5)FeSO4溶液在空气中会缓慢氧化生成难溶的Fe(OH)SO4,该反应的离子方程式为_____________________________。“催化氧化”过程用NaNO2作催化剂(NO起实质上的催化作用)时,温度与Fe2+转化率的关系如右图所示(反应时间相同),Fe2+转化率随温度的升高先上升后下降的原因是___________________________________________________。
【答案】 Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2(g) ΔH=+19.4kJ·mol-1 放热反应 1 浪费能量,且FeO易被还原成Fe Fe2+易被空气中的O2氧化成Fe3+ 4SO42-+ 4Fe2++O2+2H2O=4Fe(OH)SO4↓ 温度升高,反应速率增大;温度过高,NO气体逸出,转化率下降
【解析】试题分析:(1)根据盖斯定律计算CO还原Fe3O4生成FeO的焓变;(2)根据图像,升高温度,Fe3O4的含量减小,反应a逆向移动;d反应的平衡常数K= ;(3)温度大于800℃,FeO易被还原成Fe;(4)Fe2+易被空气中的O2氧化成Fe3+;(5)FeSO4溶液在空气中被氧气氧化生成难溶的Fe(OH)SO4,根据得失电子守恒、电荷守恒配平离子方程式;NO起实质上的催化作用,温度升高,反应速率增大;温度过高,NO气体逸出,转化率下降。
解析:(1)①Fe3O4(s)+C(s)= 3FeO(s)+CO(g) ΔH1=+191.9kJ·mol-1
②C(s)+CO2(g)=2CO(g) ΔH3=+172.5kJ·mol-1
根据盖斯定律①-②,得Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2(g) ΔH=+19.4kJ·mol-1。(2)根据图像,升高温度,Fe3O4的含量减小,反应a逆向移动,反应a放热;d反应的平衡常数K=,570℃时,CO、CO2浓度相等,所以K=1;(3)温度大于800℃,FeO易被还原成Fe,且浪费能量,所以工业上,还原焙烧的温度一般控制在800℃左右;(4)Fe2+易被空气中的O2氧化成Fe3+,所以“酸浸”时间过长,浸出液中Fe2+含量降低;(5)FeSO4溶液在空气中被氧气氧化生成难溶的Fe(OH)SO4,根据得失电子守恒、电荷守恒配平离子方程式为4SO42-+ 4Fe2++O2+2H2O=4Fe(OH)SO4↓;NO起实质上的催化作用,温度升高,反应速率增大;温度过高,NO气体逸出,转化率下降,所以Fe2+转化率随温度的升高先上升后下降。