题目内容

【题目】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渣(铁主要以Fe2O3存在)转变成重要的化工原料FeSO4(反应条件略)。

活化硫铁矿还原Fe3+的主要反应为:FeS2+7Fe2SO43+8H2O=15FeSO4+8H2SO4,不考虑其他反应。请回答下列问题:

1)第Ⅰ步H2SO4Fe2O3反应的离子方程式是_____________________

2)检验第Ⅱ步中Fe3+是否完全还原,应选择_________________(填字母编号)。

AKMnO4溶液 B.淀粉-KI溶液 CKSCN溶液

3)第Ⅲ步加FeCO3调溶液pH58左右,然后在第Ⅳ步通入空气使溶液pH降到52,此时Fe2+不沉淀,滤液中铝、硅杂质除尽。通入空气引起溶液pH降低的原因是_______________

4FeSO4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___________

5FeSO4可转化为FeCO3FeCO3在空气中加热反应可制得铁系氧化物材料。

已知25℃,101kPa时:4Fes+ 3O2 g=2Fe2O3sH=-1648kJ/mol

Cs+O2g=CO2gH =-392kJ/mol

2Fes+2Cs+3O2g=2FeCO3sH =-1480kJ/mol

FeCO3在空气中加热反应生成Fe2O3的热化学方程式是______________

6)假如烧渣中的铁全部视为Fe2O3,其含量为p。将b kg质量分数为c的硫酸加入到a kg烧渣中浸取,铁的浸取率为q,其他杂质浸出消耗的硫酸以及调pH后溶液呈微酸性所残留的硫酸忽略不计。按上述流程,第Ⅲ步应加入FeCO3___________kg

【答案】Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O BC Fe2+被氧化为Fe3+Fe3+水解产生H+ FeS2+4e=Fe+2S2 4FeCO3(s)+O2(g) =2Fe2O3(s)+ 4CO2(g) H=256kJ/mol -

【解析】

硫铁矿烧渣用硫酸浸取,过滤后滤液中含有硫酸铁和未反应的硫酸,用活化硫铁矿还原铁离子后过滤,向滤液中加入碳酸亚铁调节溶液pH,过滤后再通入空气,调节溶液的pH,除去溶液中杂质离子,过滤浓缩结晶得到硫酸亚铁晶体。

硫铁矿烧渣用硫酸浸取,过滤后滤液中含有硫酸铁和未反应的硫酸,用活化硫铁矿还原铁离子后过滤,向滤液中加入碳酸亚铁调节溶液pH,过滤后再通入空气,调节溶液的pH,除去溶液中杂质离子,过滤浓缩结晶得到硫酸亚铁晶体。

1)硫酸和氧化铁反应生成硫酸铁和水,离子方程式为:Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O

2)检验Fe3+是否完全还原即检验还原后的溶液中是否含Fe3+,淀粉碘化钾可以和铁离子反应生成碘单质,碘单质遇淀粉显蓝色;硫氰化钾可以检验铁离子,溶液显红色;KMnO4溶液与Fe3+不反应,不能检验Fe3+;答案选BC

3)氧气可以将Fe2+被氧化为Fe3+ Fe3+水解产生H+,使溶液的pH降低。

4)电池放电时的总反应为4Li+ FeS2=Fe +2Li2S,正极发生得电子的还原反应,所以是二硫化亚铁得到电子生成铁和硫离子,电极反应式为:FeS2+4e=Fe+2S2

5)将已知热化学方程式编号

4Fes+ 3O2g=2Fe2O3sH=-1648kJ/mol

Cs+O2g=CO2gH =-392kJ/mol

2Fes+2Cs+3O2g=2FeCO3sH =-1480kJ/mol

根据盖斯定律,①-×2+×4即得,4FeCO3s+O2g=2Fe2O3s+ 4CO2gH=-1648kJ/mol-2×-1480kJ/mol+4×-392kJ/mol=256kJ/mol

6)氧化铁含量为pakg烧渣中氧化铁的质量为ap×103g,铁的浸取率为q,则参与反应的氧化铁的质量为ap×103×qg,物质的量为mol;硫酸的物质的量为mol;加入碳酸亚铁,浸取时加入的硫酸,活化硫铁矿还原铁离子时生成的硫酸完全转化为硫酸亚铁,根据FeS2~7Fe2SO43~7Fe2O3,可知参加反应的二硫化亚铁的物质的量为硫酸铁物质的量的,即为mol;根据硫元素守恒,硫酸亚铁的总物质的量= + mol;根据铁元素守恒知碳酸亚铁的物质的量= + mol - mol - mol,质量为 [ + mol - mol - mol] ×116g/mol=kg

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