题目内容
19.为了保护环境,充分利用资源,某研究小组通过如图简化流程,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+2S2-.
分析 硫铁矿烧渣用硫酸浸取,过滤后滤液中含有硫酸铁、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,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)溶液pH=6时,c(OH-)=1×10-8 mol/L,根据c(Al3+)=$\frac{KspAl(OH)_{3}}{{c}^{3}(O{H}^{-})}$计算出铝离子的浓度,并判断沉淀是否完全;
(4)发生反应:4FeCO3+O2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe2O3+4CO2,根据盖斯定律,由已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减,构造目标热化学方程式;
(5)电池放电时的总反应为:4Li+FeS2═Fe+2Li2S,正极发生还原反应,FeS2获得电子生成Fe、S2-;
解答 解:硫铁矿烧渣用硫酸浸取,过滤后滤液中含有硫酸铁、未反应的硫酸,用活化硫铁矿还原Fe3+后过滤,向滤液中加入FeCO3调节溶液pH,过滤后在通入空气、调节溶液pH,除去溶液中杂质离子,过滤浓缩结晶得到FeSO4晶体.
(1)H2SO4与Fe2O3反应生成硫酸铁与水,反应离子方程式为:Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O,
故答案为:Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O;
(2)KMnO4溶液、K3[Fe(CN)6]溶液可以检验有Fe2+生成,取第Ⅱ步反应中溶液少许与试管中,滴加KSCN 溶液,若溶液不变红色,说明Fe3+完全被还原,
故答案为:C;
(3)溶液pH=6时,c(OH-)=1×10-8 mol/L,根据c(Al3+)=$\frac{KspAl(OH)_{3}}{{c}^{3}(O{H}^{-})}$=$\frac{1.9×1{0}^{-33}}{1×1{0}^{-24}}$mol/L=1.9×10-9 mol/L<10-5mol/L,所以铝离子沉淀已经完全,
故答案为:是;
(4)发生反应:4FeCO3+O2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe2O3+4CO2,
已知:①4Fe(s)+3O2(g)═2Fe2O3(s)△H=-1648kJ/mol
②C(s)+O2(g)═CO2(g)△H=-393kJ/mol
③2Fe(s)+2C(s)+3O2(g)═2FeCO3(s)△H=-1480kJ/mol
根据盖斯定律,①-③×2+②×④可得4FeCO3(s)+O2(g)=2Fe2O3(s)+4CO2(g),故△H=-1648kJ/mol-2×(-1480kJ/mol)+4×(-393kJ/mol)=-260kJ/mol,
故反应热化学方程式为:4FeCO3(s)+O2(g)=2Fe2O3(s)+4CO2(g)△H=-260kJ/mol,
故答案为:4FeCO3(s)+O2(g)=2Fe2O3(s)+4CO2(g)△H=-260kJ/mol;
(5)电池放电时的总反应为:4Li+FeS2═Fe+2Li2S,正极发生还原反应,FeS2获得电子生成Fe、S2-,正极电极反应式为:FeS2+4e-=Fe+2S2-,
故答案为:FeS2+4e-=Fe+2S2-.
点评 本题以化学工艺流程为载体,考查离子方程式书写、离子检验、热化学方程式书写、电极反应式、化学计算等,需要学生熟练掌握元素化合物知识.
t℃ | 700 | 800 | 830 | 1000 |
K | 2.6 | 1.7 | 1.0 | 0.9 |
(1)该反应的化学平衡常数表达式K=$\frac{c(C{O}_{2})×c({H}_{2})}{c(CO)×c({H}_{2}O)}$.
(2)该反应为放热反应(填“吸热”或“放热”).
(3)增加H2O(g)的浓度,CO的转化率将增大(填“增大”、“减小”或“不变”).
(4)830℃时,向该容器中加入2molCO2与2molH2,平衡时CO2的体积分数是25%.
(5)已知工业制氢气的反应为CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g),反应过程中能量变化如图所示.又已知2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H=-484kJ/mol. 结合图象写出CO完全燃烧生成CO2的热化学方程式:2CO(g)+O2(g)?2CO2(g)△H=-566kJ/mol.
A. | C4H10 | B. | C2H6O | C. | C3H8O | D. | C2H4O2 |
A. | 澄清石灰水中滴加少量的小苏打溶液:Ca2++2OH-+2HCO3-═CaCO3↓+2H2O+CO32- | |
B. | 铵明矾[NH4Al(SO4)2•12H2O]溶液中加入过量Ba(OH)2溶液:Al3++2SO42-+2Ba2++4OH-═AlO2-+2BaSO4↓+2H2O | |
C. | 过氧化钠和水反应:2O22-+2H2O═4OH-+O2↑ | |
D. | H2O2溶液中滴加酸性KMnO4溶液:2MnO4-+5 H2O2+6H+═2Mn2++5O2↑+8H2O |