题目内容

【题目】某科研小组利用硫铁矿(主要成分是FeS2,含Fe2O3、SiO2、Al2O3等杂质)制备重要的化工原料纳米Fe2O3的工艺流程如图所示。

回答下列问题:

(1)煅烧前硫铁矿粉碎的目的是__,硫铁矿煅烧得到的气体需回收,该气体在工业上的主要用途是__。

(2)用稀硫酸浸取硫铁矿烧渣的主要反应的离子方程式为__,浸取后过滤得到的滤渣的化学式为__。

(3)加入FeS2的主要目的是还原滤液中的Fe3+,反应的化学方程式为:FeS2+7Fe2(SO4)3+8H2O=15FeSO4+8H2SO4,反应中每消耗1molFeS2,转移的电子数目为__,检验Fe3+是否完全被还原,应选择__(填标号)。

A.KMnO4溶液 B.K3[Fe(CN)6]溶液 C.KSCN溶液

(4)加FeCO3调溶液pH到5.8左右,其目的为__。

(5)加入NH4HCO3生成FeCO3的离子方程式为__,若煅烧得到160g纳米Fe2O3,则消耗的气体和生成的气体的物质的量之比为__。

【答案】增大接触面积,加快反应速率,使硫铁矿煅烧更加充分 工业制硫酸 Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O SiO2 14NA或8.428×1024 C 除去滤液中的Al3+ 2HCO3-+Fe2+=FeCO3↓+CO2↑+H2O 1:4

【解析】

硫铁矿煅烧,发生FeS2与O2反应生成Fe2O3和SO2,加硫酸,Al2O3、Fe2O3与硫酸反应,SiO2不与硫酸反应,根据流程目的是制备纳米Fe2O3,需要除去Al3+,因为Fe(OH)3的溶度积小于Al(OH)3的溶度积,因此先将Fe3+转化成Fe2+,加入FeS2的目的是将Fe3+转化成Fe2+,加入FeCO3调节pH,使Al3+以Al(OH)3形式除去,加入NH4HCO3,Fe2+与HCO3-反应生成FeCO3,煅烧FeCO3得到Fe2O3,逐步进行分析;

(1)煅烧前粉碎硫铁矿,增加硫铁矿与空气的接触面积,加快反应速率,使硫铁矿煅烧更加充分;FeS2与O2发生4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2,利用SO2制备硫酸;

(2)硫铁矿煅烧后的烧渣为Fe2O3、Al2O3、SiO2,SiO2为酸性氧化物不与硫酸反应,Fe2O3与硫酸反应生成Fe2(SO4)3,Al2O3与硫酸反应生成Al2(SO4)3,烧渣中Fe2O3为主要物质,因此加入硫酸发生的主要反应是Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O;浸取后的滤渣为SiO2;

(3)根据反应方程式,FeS2中S由-1价转化成+6价,Fe2(SO4)3中Fe的化合价由+3价转化成+2价,因此消耗1molFeS2,转移电子物质的量为1mol×2×[6-(-1)]=14mol,即转移电子物质的量为14NA或8.428×1024;检验Fe3+是否完全被还原,则需要检验是否含有Fe3+,即用KSCN溶液检验,如果溶液不变红,则说明Fe3+完全反应,反之未完全反应,答案悬C;

(4)根据上述分析,加入FeCO3的目的是调节pH,使Al3+以Al(OH)3形式沉淀出来;

(5)加入NH4HCO3溶液得到FeCO3,即反应的离子方程式为2HCO3-+Fe2+=FeCO3↓+CO2↑+H2O;煅烧FeCO3得到Fe2O3反应方程式为4FeCO3+O22Fe2O3+4CO2,消耗O2和生成CO2的物质的量之比为1:4。

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