Question

14．黄铁矿（主要成分为FeS₂，含少量其他金属硫化物）曾是我国一些硫酸厂制取硫酸的主要原料．
（1）工业上生产硫酸的第一步是将黄铁矿石粉碎后进行高温煅烧，发生反应的化学方程式为：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$   2Fe₂O₃+8SO₂
①工业上将矿石粉碎后再煅烧，其目的是增大接触面积，加快反应速率．
②将生成的气体通入溴水，溴水褪色，体现了SO₂的还原性（选填漂白性、氧化性或还原性）
③当有1molFeS₂完全反应时转移的电子数11mol．
（2）某化学兴趣小组称取灼烧后残余固体m克溶于足量稀硫酸，为防止在煅烧后残留固体中仍含有Fe²⁺，同学们向溶解后溶液中滴入适量酸性高锰酸钾溶液（已知在反应中，MnO₄^-在酸性条件下可将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，并被还原为Mn²⁺），然后用氨水调节溶液的PH值使Fe³⁺全部转化为氢氧化铁沉淀，过滤、洗涤、灼烧，称重得质量为n克．回答下列问题：
①检验溶解后的溶液中含有Fe³⁺的方法是取溶解后的溶液少许于试管中，滴入KSCN溶液，若溶液呈红色，则原溶液中含有Fe³⁺．
②写出在酸性条件下，MnO₄^-与Fe²⁺反应的离子方程式MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O．
③灼烧后残余固体中铁元素的含量是$\frac{7n}{10m}$或$\frac{70n}{m}$%．
（3）在工业生产中，常用铝制或铁制容器贮存浓硫酸，是因为在常温下，铁或铝与浓硫酸发生了钝化现象；硫酸工业生产中排放的尾气中含有的SO₂气体是造成硫酸型酸雨的污染物，酸雨是指PH值小于5.6的雨水，硫酸厂上常用氨水（或Na₂SO₃）来进行尾气处理．

Answer 1

分析 （1）①粉碎的矿石接触面积增大，能增大反应速率，提高反应利用率；
②元素化合价升高的反应物具有还原性，二氧化硫与溴水发生氧化还原反应生成硫酸和氢溴酸，体现了SO₂的还原性；
③Fe元素化合价又+2→+3，化合价升高，S元素化合价由-1→+4，化合价升高，O元素化合价由0→-2，化合价降低，根据得失电子守恒分析；
（2）①铁离子的检验方法是：向溶液中加入KSCN溶液，观察现象，若溶液变红色，说明溶液中存在Fe³⁺，若没有变成红色，证明溶液中没有铁离子；
②Mn元素的化合价由+7价降低为+2价，Fe元素的化合价由+2价升高为+3价，由电子守恒、电荷守恒、原子守恒解答；
③n克为氧化铁的质量，根据铁元素守恒计算；
（3）金属被浓硫酸、浓硝酸氧化，表面生成一层致密的氧化膜，这种氧化膜不溶于浓硫酸、浓硝酸，为金属的钝化；正常的雨水中溶解了二氧化碳，二氧化碳和水反应生成碳酸，碳酸电离导致溶液中氢离子浓度大于氢氧根离子浓度而使溶液呈酸性，正常雨水的pH为5.6，如果雨水溶解了二氧化硫、氮氧化物，会使溶液的酸性更强，PH小于5.6；二氧化硫是酸性氧化物，可用碱性物质氨水来处理；二氧化硫与亚硫酸钠反应生成亚硫酸氢钠，加热亚硫酸氢钠分解得到亚硫酸钠、二氧化硫气体和水，硫酸厂上常用Na₂SO₃来进行尾气处理．

解答 解：（1）①煅烧时将矿石粉碎的目的是增大接触面积，增大反应速率，提高原料利用率，
故答案为：增大接触面积，加快反应速率；
②二氧化硫与溴水发生氧化还原反应，生成硫酸和HBr，溶液中溴的颜色会褪去，反应的化学方程式为：SO₂+Br₂+2H₂O=H₂SO₄+2HBr，溴元素从（0→-1）溴单质具有氧化性，硫（+4→+6），化合价升高的反应物具有还原性，二氧化硫具有还原性，
故答案为：还原性；
③FeS₂完中Fe元素化合价升高（+2→+3），S元素化合价由-1价升高为+4价，FeS₂是还原剂，当有1mol FeS₂完全反应时，转移的电子为（3-2）mol+1mol×2×[4-（-1）]=11mol，
故答案为：11mol；
（2）①检验溶液中是否含有Fe³⁺的方法为：取溶解后的溶液少许于试管中，向溶液中加入KSCN溶液，然后观察现象，若溶液变红色，说明溶液中存在Fe³⁺，否则没有铁离子，
故答案为：取溶解后的溶液少许于试管中，滴入KSCN溶液，若溶液呈红色，则原溶液中含有Fe³⁺；
②反应中铁元素从+2价升高为+3价，高锰酸根离子中锰元素从+7价降为+2价，要使得失电子守恒，则二价铁离子系数为5，高锰酸根离子系数为1，离子反应为MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺═Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，
故答案为：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O；
③根据铁元素质量守恒，氧化铁中铁元素的质量等于灼烧后残余固体中铁元素的质量，所以灼烧后残余固体中铁元素的含量是$\frac{\frac{ng}{160g/mol}×2×56g/mol}{mg}$×100%=$\frac{7n}{10m}$=$\frac{70n}{m}$%，
故答案为：$\frac{7n}{10m}$或$\frac{70n}{m}$%；
（3）在常温下，铁或铝与浓硫酸发生钝化，表面生成一层致密的氧化膜，这种氧化膜不溶于浓硫酸，阻止反应进一步进行，正常雨水因溶解了二氧化碳而使其pH为5.6，如果雨水中溶解了二氧化硫或氮氧化物，使雨水变成亚硫酸或硝酸溶液，亚硫酸不稳定易被氧气氧化生成硫酸，硫酸和硝酸都是强酸，导致雨水的pH减小，小于5.6，硫酸工业的尾气中含有二氧化硫，二氧化硫是酸性氧化物，可用碱性物质氨水来处理，将SO₂用Na₂SO₃吸收，再加热所得固体亚硫酸钠、二氧化硫气体和水，该法可循环使用Na₂SO₃，反应的化学方程式为：Na₂SO₃+SO₂+H₂O=2NaHSO₃、2NaHSO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂SO₃+SO₂↑+H₂O，
故答案为：钝化，5.6，氨水（或Na₂SO₃）．

点评 本题考查氧化还原反应、离子的检验等知识，侧重氧化还原反应应用、铁、硫的化合物性质的考查，为高频考点，把握反应中元素的化合价变化及守恒法应用为解答的关键，题目难度中等．