Question

8．氯化鐵是一種重要的化學(xué)試劑和化工原料，工業(yè)上以黃鐵礦（主要成分為FeS₂）為原料在制備硫酸的同時(shí)，利用其煅燒后爐渣的主要成分Fe₂O₃可制備氯化鐵晶體（FeCl₃•6H₂O），其工藝流程如下（雜質(zhì)不參與反應(yīng)）：
回答下列問題：
（1）高溫煅燒時(shí)，黃鐵礦要粉碎成細(xì)小的顆粒，其目的是增大與空氣的接觸面積，提高反應(yīng)速率．
（2）黃鐵礦高溫煅燒時(shí)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂．
（3）酸溶及后續(xù)過程中均需保持鹽酸過量，其目的是使Fe₂O₃完全溶于酸、防止FeCl₃水解．
（4）系列操作包括：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌等．蒸發(fā)與過濾時(shí)玻璃棒的作用分別是：攪拌、引流．
（5）取a g黃鐵礦，按上述流程制得FeCl₃•6H₂O晶體，將該晶體溶于水，再將所得溶液蒸干、灼燒，得到b g固體產(chǎn)物（整個(gè)過程中的損耗忽略不計(jì)），黃鐵礦的純度為$\frac{3b}{2a}$×100% （用含a、b的表達(dá)式表示）．

Answer 1

分析 由以硫鐵礦（主要成分為FeS₂）為原料制備氯化鐵晶體的流程可知，在焙燒時(shí)FeS₂與氧氣反應(yīng)生成四氧化三鐵和二氧化硫，然后四氧化三鐵溶于鹽酸生成氯化鐵，過濾后濾液中加氧化劑氯氣（或氯水等），除去混有的亞鐵離子，最后結(jié)晶制備晶體．
（1）增大黃鐵礦與空氣的接觸面積，可以提高反應(yīng)速率；
（2）黃鐵礦高溫煅燒時(shí)的爐渣是氧化鐵，即產(chǎn)物是氧化鐵和二氧化硫，據(jù)此書寫方程式；
（3）氧化鐵能溶于鹽酸中，氯化鐵中的鐵離子易水解，顯示酸性；
（4）從溶液獲得溶質(zhì)的晶體的方法：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌等，根據(jù)玻璃棒的作用來回答；
（5）根據(jù)反應(yīng)前后鐵元素守恒來計(jì)算黃鐵礦的純度．

解答 解：由以硫鐵礦（主要成分為FeS₂）為原料制備氯化鐵晶體的流程可知，在焙燒時(shí)FeS₂與氧氣反應(yīng)生成四氧化三鐵和二氧化硫，然后四氧化三鐵溶于鹽酸生成氯化鐵，過濾后濾液中加氧化劑氯氣（或氯水等），除去混有的亞鐵離子，最后結(jié)晶制備晶體，
（1）高溫煅燒時(shí)，黃鐵礦要粉碎成細(xì)小的顆粒，這樣可以增大黃鐵礦與空氣的接觸面積，提高反應(yīng)速率，故答案為：增大與空氣的接觸面積，提高反應(yīng)速率；
（2）根據(jù)黃鐵礦高溫煅燒時(shí)的爐渣是氧化鐵，推知氧化產(chǎn)物是二氧化硫，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，故答案為：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；
（3）爐渣氧化鐵用鹽酸溶解后，得到的是氯化鐵，其中的鐵離子易水解，后續(xù)過程中均需保持鹽酸過量，這樣既可以使Fe₂O₃完全溶于酸還可以防止FeCl₃水解，
故答案為：使Fe₂O₃完全溶于酸；防止FeCl₃水解；
（4）從溶液獲得溶質(zhì)的晶體的方法：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌等，在蒸發(fā)時(shí)玻璃棒的作用是攪拌，過濾時(shí)玻璃棒的作用是引流，
故答案為：冷卻結(jié)晶；過濾；攪拌；引流；                   
（5）取a g黃鐵礦，按上述流程制得FeCl₃•6H₂O晶體，將該晶體溶于水，再將所得溶液蒸干、灼燒，得到bg固體產(chǎn)物是氧化鐵（Fe₂O₃），其中鐵元素的物質(zhì)的量是$\frac{160}mol×2$=$\frac{80}$mol，所以FeS₂的物質(zhì)的量是$\frac{80}$mol，黃鐵礦的純度為$\frac{\frac{80}mol×120g/mol}{ag}$×100%=$\frac{3b}{2a}$×100%，故答案為：$\frac{3b}{2a}$×100%．

點(diǎn)評 本題考查制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，為高頻考點(diǎn)，把握制備流程中的反應(yīng)、混合物分離方法為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾�，注意化學(xué)反應(yīng)的分析，題目難度不大．