Question

16．黄铁矿（主要成分为FeS₂）的利用对资源和环境具有重要意义．
（1）工业上煅烧黄铁矿可制取SO₂．已知下列热化学方程式
4FeS₂（s）+11O₂（g）═2Fe₂O₃（s）+8SO₂（g）△H=akJ/mol
S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H=bkJ/mol
Fe（s）+2S（s）═FeS₂（s）△H=ckJ/mol
则4Fe（s）+3O₂（g）=2Fe₂O₃（s）△H=a+4c-8bkJ/mol
（2）一种酸性条件下催化氧化黄铁矿的物质转化关系如图I所示．

（1）写出图1中Fe³⁺与FeS₂反应的离子方程式：14Fe³⁺+FeS₂+8H₂O=15Fe²⁺+2SO₄^-+16H⁺．
（2）硝酸也可将FeS₂氧化为Fe³⁺和SO₄^2-，使用浓硝酸比使用稀硝酸反应速率慢，其原因是稀硝酸反应后被还原为NO，浓硝酸被还原为NO₂，NO可作催化剂，NO₂不能．
（3）控制Fe²⁺的浓度、溶液体积和通入O₂的速率一定，图II所示为改变其他条件时Fe²⁺被氧化的转化率随时间的变化．
①加入NaNO₂发生反应：2H⁺+3NO₂^-═NO₃^-+2NO+H₂O．若1mol NaNO₂完全反应则转移电子的数目为$\frac{2}{3}$mol．
②加入NaNO₂、KI发生反应：4H⁺+2NO₂^-+2I^-═2NO+I₂+2H₂O．解释图II中该条件下能进一步提高单位时间内Fe²⁺转化率的原因：生成的催化剂NO更多，加快了反应速率．
（4）为研究FeS₂作电极时的放电规律，以FeS₂作阳极进行电解，由FeS₂放电产生粒子的含量与时间、电压（U）的关系如图 III所示．
①写出t₁至t₂间FeS₂所发生的电极反应式：FeS₂-2e^-=Fe²⁺+2S．
②当电压的值介于3U～4U之间，FeS₂放电所得主要粒子为Fe³⁺、SO₄^2-．

Answer 1

分析 （1）①4FeS₂（s）+11O₂（g）═2Fe₂O₃（s）+8SO₂（g）△H=akJ/mol
②S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H=bkJ/mol
③Fe（s）+2S（s）═FeS₂（s）△H=ckJ/mol，①+4×③-8×②得，4Fe（s）+3O₂（g）=2Fe₂O₃（s）△H=（a+4c-8b）kJ/mol，据此进行分析；
（1）Fe³⁺与FeS₂反应生成Fe2⁺与SO₄^-和H⁺；
（2）据稀硝酸反应后被还原为NO，浓硝酸被还原为NO₂，NO可作催化剂，NO₂不能来分析；
（3）①据2H⁺+3NO₂^-═NO₃^-+2NO+H₂O此方程式中NaNO₂的量，求转移电子数目；
②生成的催化剂NO更多，加快了反应速率；
（4）①FeS₂失电子发生氧化反应据此书写电极方程式；
②由图象得，在3U～4U之间溶液中主要粒子有Fe³⁺、SO₄^2-．

解答 解：（1）①4FeS₂（s）+11O₂（g）═2Fe₂O₃（s）+8SO₂（g）△H=akJ/mol
②S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H=bkJ/mol
③Fe（s）+2S（s）═FeS₂（s）△H=ckJ/mol，①+4×③-8×②得，4Fe（s）+3O₂（g）=2Fe₂O₃（s）△H=（a+4c-8b）kJ/mol，
故答案为：a+4c-8b；
（1）Fe³⁺与FeS₂反应生成Fe²⁺与SO₄^-和H⁺，故离子方程式为14Fe³⁺+FeS₂+8H₂O=15Fe²⁺+2SO₄^-+16H⁺，
故答案为：14Fe³⁺+FeS₂+8H₂O=15Fe²⁺+2SO₄^-+16H⁺；
（2）硝酸比使用稀硝酸反应速率慢，其原因是稀硝酸反应后被还原为NO，浓硝酸被还原为NO₂，NO可作催化剂，NO₂不能，
故答案为：稀硝酸反应后被还原为NO，浓硝酸被还原为NO₂，NO可作催化剂，NO₂不能；
（3）①2H⁺+3NO₂^-═NO₃^-+2NO+H₂O～2mole^-
                       3                                    2
                       1                                   $\frac{2}{3}$，
故答案为：$\frac{2}{3}$；
②图II中该条件下能进一步提高单位时间内Fe²⁺转化率的原因是生成的催化剂NO更多，加快了反应速率，
故答案为：生成的催化剂NO更多，加快了反应速率；
（4）①FeS₂失电子发生氧化反应，故电极方程式FeS₂-2e^-=Fe²⁺+2S，
故答案为：FeS₂-2e^-=Fe²⁺+2S；
②据图象分析，介于3U～4U之间，FeS₂放电所得主要粒子为Fe³⁺、SO₄^2-，
故答案为：Fe³⁺、SO₄^2-．

点评 本题主要考查反应热的计算，电极方程式的书写，离子方程式的书写，据方程式求算电子转移的数目等，本题难度中等．