Question

17．以硫铁矿（主要成分为FeS₂）为原料制备氯化铁晶体（FeC1₃•6H₂O）的工艺流程如图1：

请按要求回答下列问题：
（1）需将硫铁矿粉碎再焙烧的目的是增大反应物的接触面积，加快反应速率．
（2）酸溶及后续过程中均需保持盐酸过量，其目的是提高铁元素的浸出率、抑制Fe³⁺水解．
（3）氧化剂Y可以是Cl₂或H₂O₂，其各自的优点是用氯气氧化原子利用率高、用H₂O₂氧化无污染且不引入新杂质．
（4）尾气主要含N₂、O₂、气体Z和少量的CO₂、H₂O．取标准状况下的VL尾气测定其中气体Z含量的方案如下：
【方案一】：将尾气缓慢通过如图2装置A中：

①C仪器的名称是干燥管，该装置的作用是防止空气中的水蒸气、CO₂被B装置吸收．
②实验时先通入尾气，再通入一定量氮气，通过B装置的增重来测量气体Z的体积分数，请写出该方案合理与否的理由该方案不合理，因为尾气中的CO₂也能被B装置中的碱石灰吸收，致使所测气体Z即二氧化硫的体积分数偏大．
【方案二】：将尾气缓慢通过如上装置D中，充分与足量试剂M反应后，再滴入过量试剂N，经过滤、洗涤、干燥、称量，得沉淀质量为mg．
③若试剂M、N分别是溴水、BaCl₂溶液，写出方案二涉及反应的离子方程式：SO₂+Br₂+2H₂O=SO₄^2-+2Br^-+4H⁺、Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓．
写出气体Z的体积百分含量的表达式是（用含m、V的代数式表示）$\frac{2240m}{233V}$%．
④若试剂M、N分别是NaHCO₃溶液、BaCl₂溶液，所得沉淀的化学式为BaSO₃．
⑤若试剂M是Ba（NO₃）₂溶液，不再滴加试剂N，观察到D中生成的无色气体在瓶口处变为红棕色．写出溶液中反应的离子方程式：3SO₂+3Ba²⁺+2NO₃^-+2H₂O=3BaSO₄+2NO↑+4H⁺．

Answer 1

分析 硫铁矿在空气中焙烧，发生的反应为4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，将得到的固体酸溶，发生的反应为
Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，然后过滤，向滤液中加入氧化剂X将亚铁离子氧化生成铁离子，不能移入新杂质，可以是氯气或过氧化氢，然后将溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到晶体FeCl₃•6H₂O，过量的盐酸可以抑制铁离子水解．
（1）将硫铁矿粉碎，增大反应物的接触面积；
（2）加入过量的酸，提高铁元素的浸出率，抑制Fe³⁺水解；
（3）用氯气氧化原子利用率高；用H₂O₂氧化无污染且不引入新杂质；
（4）①仪器C为干燥管，吸收空气中的水蒸气、CO₂，防止被B装置吸收；
②尾气中的CO₂也能被B装置中的碱石灰吸收，二氧化硫的体积分数偏大；
③若试剂M、N分别是溴水、BaCl₂溶液，溴与二氧化硫在溶液中反应生成硫酸与HBr，硫酸与氯化钡反应生成硫酸钡与HCl；
沉淀mg为硫酸钡的质量，根据S原子守恒计算二氧化硫的体积，进而计算二氧化硫的体积百分含量；
④若试剂M、N分别是NaHCO₃溶液、BaCl₂溶液，二氧化硫与碳酸氢钠在溶液中反应生成亚硫酸钠，亚硫酸钠与氯化钡反应生成亚硫酸钡；
⑤若试剂M是Ba（NO₃）₂溶液，不再滴加试剂N，二氧化硫溶于水呈酸性，酸性条件下硝酸根具有强氧化性，将亚硫酸氧化为硫酸，硫酸反应生成硫酸钡沉淀，硝酸根被还原为NO．

解答 解：硫铁矿在空气中焙烧，发生的反应为4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，将得到的固体酸溶，发生的反应为
Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，然后过滤，向滤液中加入氧化剂X将亚铁离子氧化生成铁离子，不能移入新杂质，可以是氯气或过氧化氢，然后将溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到晶体FeCl₃•6H₂O，过量的盐酸可以抑制铁离子水解．
（1）将硫铁矿粉碎再焙烧的目的是：增大反应物的接触面积，加快反应速率，
故答案为：增大反应物的接触面积，加快反应速率；
（2）加入过量的酸，提高铁元素的浸出率，抑制Fe³⁺水解，
故答案为：提高铁元素的浸出率；抑制Fe³⁺水解；
（3）加入氧化剂将亚铁离子氧化为铁离子，不能移入新杂质，氧化剂Y可以是Cl₂或H₂O₂，其各自的优点是：用氯气氧化原子利用率高，用H₂O₂氧化无污染且不引入新杂质，
故答案为：H₂O₂；用氯气氧化原子利用率高；用H₂O₂氧化无污染且不引入新杂质；
（4）①仪器C为干燥管，吸收空气中的水蒸气、CO₂，防止被B装置吸收，避免影响二氧化硫测定，
故答案为：干燥管；防止空气中的水蒸气、CO₂被B装置吸收；
②尾气中的CO₂也能被B装置中的碱石灰吸收，致使所测气体Z即二氧化硫的体积分数偏大，该实验方案不合理，
故答案为：该方案不合理，因为尾气中的CO₂也能被B装置中的碱石灰吸收，致使所测气体Z即二氧化硫的体积分数偏大，
③若试剂M、N分别是溴水、BaCl₂溶液，溴与二氧化硫在溶液中反应生成硫酸与HBr，硫酸与氯化钡反应生成硫酸钡与HCl，反应离子方程式为：SO₂+Br₂+2H₂O=SO₄^2-+2Br^-+4H⁺、Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓，
沉淀mg为硫酸钡的质量，根据S原子守恒，二氧化硫的体积为$\frac{mg}{233g/mol}$×22.4L/mol=$\frac{22.4m}{233}$L，二氧化硫的体积百分含量为$\frac{\frac{22.4m}{233}L}{VL}$×100%=$\frac{2240m}{233V}$%，
故答案为：SO₂+Br₂+2H₂O=SO₄^2-+2Br^-+4H⁺、Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓；$\frac{2240m}{233V}$%；
④若试剂M、N分别是NaHCO₃溶液、BaCl₂溶液，二氧化硫与碳酸氢钠在溶液中反应生成亚硫酸钠，亚硫酸钠与氯化钡反应生成亚硫酸钡，所得沉淀为：BaSO₃，
故答案为：BaSO₃；
⑤若试剂M是Ba（NO₃）₂溶液，不再滴加试剂N，二氧化硫溶于水呈酸性，酸性条件下硝酸根具有强氧化性，将亚硫酸氧化为硫酸，硫酸反应生成硫酸钡沉淀，硝酸根被还原为NO，反应中离子方程式为：3SO₂+3Ba²⁺+2NO₃^-+2H₂O=3BaSO₄+2NO↑+4H⁺，
故答案为：3SO₂+3Ba²⁺+2NO₃^-+2H₂O=3BaSO₄+2NO↑+4H⁺．

点评 本题考查物质准备工艺流程、物质含量测定、对试剂的分析评价、实验方案评价、离子方程式书写等，熟练掌握元素化合物性质，是对对学生综合能力的考查．