Question

3．利用硫铁矿（主要成分FeS₂）生产硫酸和绿矾（FeSO₄•7H₂O）的工业流程示意图如图：

（1）沸腾炉中，硫铁矿进行粉碎处理的目的是增大反应物的接触面积，提高化学反应速率．
（2）接触室中，发生的主要反应是SO₂与O₂的反应，其化学方程式是2SO₂+O₂$?_{△}^{催化剂}$2SO₃．
（3）反应釜中，烧渣经过反应转化为溶液I和固体．
①烧渣中的FeS在反应中做还原剂（填“氧化”或“还原”）．
②溶液I中所含溶质的化学式是Fe₂（SO₄）₃、H₂SO₄．
（4）操作a的主要步骤是：加热浓缩、冷却结晶、过滤洗涤．
（5）流程中，固体X可以选择硫铁矿（FeS₂）或Fe；当固体X为硫铁矿（FeS₂）时，将溶液I与固体X发生反应的离子方程式补充完整：
FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O═Fe²⁺+SO₄^2-+16H⁺．

Answer 1

分析 硫铁矿在沸腾炉中高温生成氧化铁与二氧化硫，混合气体Ⅰ为二氧化硫和空气，经过接触室后二氧化硫被氧化成三氧化硫，所以混合气体Ⅱ为三氧化硫、二氧化硫、空气等，沸腾炉中产生的炉渣主要为硫化亚铁、氧化铁、二氧化硅等，加入硫酸溶解，再用氧气氧化可得溶液Ⅰ主要成分为硫酸铁，硫酸铁中加入铁粉得溶液Ⅱ为硫酸亚铁溶液，经蒸发浓缩、冷却结晶得到硫酸亚铁晶体，烧渣用酸溶解后得固体主要成分为二氧化硅和硫，硫经氧化得二氧化硫，可循环利用，
（1）固体粉碎处理可使固体与气体充分接触，加快反应速率；
（2）接触室中，SO₂与O₂的反应生成SO₃；
（3）①反应釜中的FeS被氧化成硫，据此答题；
②根据上面的分析可知，溶液Ⅰ主要成分为硫酸铁及过量的硫酸；
（4）操作a为从硫酸亚铁溶液中获得硫酸亚铁晶体，可以用降温结晶的方法；
（5）流程中，固体X主要目的是将铁离子还原成亚铁离子，据此书写离子方程式．

解答 解：（1）沸腾炉中，硫铁矿进行粉碎处理的目的是使固体与气体充分接触，加快反应速率，
故答案为：增大反应物的接触面积，提高化学反应速率；
（2）接触室中，SO₂与O₂的反应生成SO₃，反应的化学方程式为2SO₂+O₂ $?_{△}^{催化剂}$ 2SO₃，
故答案为：2SO₂+O₂ $?_{△}^{催化剂}$ 2SO₃；
（3）①反应釜中的FeS被氧化成硫，所以FeS在反应中做还原剂，
故答案为：还原；
②根据上面的分析可知，溶液Ⅰ主要成分为硫酸铁及过量的硫酸，其化学式为Fe₂（SO₄）₃、H₂SO₄，
故答案为：Fe₂（SO₄）₃、H₂SO₄；
（4）操作a为从硫酸亚铁溶液中获得硫酸亚铁晶体，其操作为加热浓缩、冷却结晶、过滤洗涤，
故答案为：冷却结晶；
（5）流程中，固体X主要目的是将铁离子还原成亚铁离子，所以X可以是FeS₂或Fe，硫铁矿（FeS₂）与硫酸铁发生氧化还原反应生成亚铁离子和硫酸根离子，反应的离子方程式为FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O═15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺，
故答案为：Fe；14Fe³⁺、8H₂O、16H⁺．

点评 本题考查制备方案设计，侧重考查学生对操作步骤、原理的分析评价，是对学生综合能力的考查，难度中等．