Question

8．我国黄铁矿（主要成分：FeS₂、SiO₂）储量丰富，目前主要利用黄铁矿资源生产硫酸等无机化工产品．
（1）硫酸石用煅烧黄铁矿来生产二氧化硫，同时得到副产品烧渣（主要成分Fe₃O₄及少量FeS、SiO₂）．此时主要反应的化学方程式为3FeS₂+8O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，煅烧时黄铁矿要粉碎，其目的是使黄铁矿能够迅速而充分燃烧．
（2）二氧化硫净化后用于生产硫酸．
①接触室法是现代生产硫酸的重要方法，反应原理为：2SO₂+O₂$?_{△}^{催化剂}$2SO₃．若此反应在恒温、恒压容器中进行反应，该反应达到平衡状态的标志是BCD．
A．v（SO₂）=v（SO₃）
B．混合物的平均相对分子质量不变
C．混合气体体积不变
D．各组分的体积分数不变
②现在也可利用原电池原理用SO₂和O₂来制备硫酸，装置如图1，电极均为多也石墨，其作用是能吸附气体，使气体与电解质溶液充分接触．B电极的电极反应式为SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺．
（3）工业上利用硫酸厂的烧渣制备绿矾（FeSO₄•7H₂O，摩尔质量278g•mol^-1），工艺过程如下：
①烧渣用稀硫酸浸取时有单质硫生成，生成单质硫的一步化学反应方程式为H₂S+Fe₂（SO₄）₃=S↓+2FeSO₄+H₂SO₄；
②图2是硫酸亚铁的溶解度曲线：由图可知溶解烧渣的稀硫酸的最适宜的温度是60℃；由溶液Y获得绿矾晶体的操作步骤是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．
③测定产品中绿矾含量：称取5.70g产品，溶解酿成250mL溶液，量取25.00mL待测液于锥形瓶中．用硫酸酸化的0.01mol•L^-1 KMnO₄溶液滴定至终点，消耗KMnO₄溶液体积40.00mL．上述产品中的FeSO₄•7H₂O质量分数为0.975或97.5%（保留3位有效数字）．

Answer 1

分析 （1）二硫化亚铁与氧气反应生成三氧化二铁和二氧化硫；增大接触面积可以加快反应速率；
（2）①判断化学平衡状态可以依据平衡状态的本质：V正=V逆；
可以根据平衡状态的特征：定，反应未达到平衡状态时，始终变化的量不变；
②石墨电极多空溶于具有吸附性，能吸收气体；B电极生成硫酸，所以B通入的是二氧化硫，二氧化硫在B电极上发生氧化反应失去电子生成硫酸根离子；
（3）①根据烧渣成分判断生成物，依据氧化还原反应得失电子守恒、原子个数守恒写出方程式；
②根据溶解度曲线可知60℃溶解度最大，所以此温度下能够得到浓度最大的溶液；
由溶液获得晶体的一般操作：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；
③依据滴定实验的反应终点时发生的反应进行计算，依据铁元素守恒，结合滴定过程的反应离子方程式计算得到；

解答 解：（1）二硫化亚铁与氧气反应生成三氧化二铁和二氧化硫，化学方程式为：3FeS₂+8O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；
煅烧时黄铁矿要粉碎是为了增大反应物接触面积，加快反应速率；
故答案为：3FeS₂+8O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；使黄铁矿能够迅速而充分燃烧；
（2）①A．v（SO₂）、v（SO₃）表示同一方向速率，不能表示V正=V逆，故A错误；
B．该反应2SO₂+O₂$?_{△}^{催化剂}$2SO₃，为气体系数前后不等的反应，依据M=$\frac{m}{n}$，可知m为定制，n未达到平衡时为变量，所以当混合物的平均相对分子质量不变，可以判断达到平衡状态，故B正确；
C．该反应2SO₂+O₂$?_{△}^{催化剂}$2SO₃，为气体系数前后不等的反应，混合气体体积是个变量，当混合气体的体积不变时可以说明达到平衡状态，故C正确；
D．各组分的体积分数不变，未达到平衡时为变量，当各组分的体积分数不变说明反应达到平衡状态，故D正确；
故选：BCD；
②电极多空溶于具有吸附性，能吸收气体；B电极生成硫酸，所以B通入的是二氧化硫，二氧化硫在B电极上发生氧化反应失去电子生成硫酸根离子，电极反应式为：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
故答案为：能吸附气体，使气体与电解质溶液充分接触；SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
（3）①从转化关系可知：硫化氢与硫酸铁发生氧化还原反应生成硫、硫酸亚铁和硫酸，化学方程式：H₂S+Fe₂（SO₄）₃=S↓+2FeSO₄+H₂SO₄；
故答案为：H₂S+Fe₂（SO₄）₃=S↓+2FeSO₄+H₂SO₄；
②根据溶解度曲线可知60℃溶解度最大，所以此温度下能够得到浓度最大的溶液；
由溶液获得晶体的一般操作：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；
故答案为：60℃；蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；
③25mL待测液消耗的高锰酸钾的物质的量为：0.01mol/L×0.04L=0.0004mol，
5.7g产品配成250mL溶液消耗高锰酸钾的物质的量为0.0004mol×$\frac{250}{25}$=0.004mol，
根据反应方程式：
5Fe²⁺+1MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，
5      1
n（Fe²⁺）0.004mol；
解得n（Fe²⁺）0.004mol×5=0.02mol；
所以样品中含有的FeSO₄•7H₂O的质量为：278g/mol×0.02mol=5.56g，
FeSO₄•7H₂O的质量分数为：$\frac{5.56g}{5.7g}$×100%≈97.5%，
故答案为：0.975或97.5%．

点评 本题所以黄铜矿为载体考查化学方程式的书写，平衡状态的判断，有关方程式的计算，题目难度中等，注意对学知识的灵活运用．