Question

10．為了保護(hù)環(huán)境，充分利用資源，某研究小組通過(guò)如圖簡(jiǎn)化流程，將工業(yè)制硫酸的硫鐵礦燒渣（含F(xiàn)e₂O₃．SiO₂．Al₂O₃等）轉(zhuǎn)變成重要的工業(yè)原料FeSO₄（反應(yīng)條件略）

活化硫鐵礦還原Fe³⁺的主要反應(yīng)為：FeS₂+7Fe₂（SO₄）₃+8H₂O═15FeSO₄+8H₂SO₄，不考慮其它反應(yīng)，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）第1步H₂SO₄與Fe₂O₃反應(yīng)的離子方程式是Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O．
（2）檢驗(yàn)第Ⅱ步中Fe³⁺是否完全還原，應(yīng)選擇B（填字母編號(hào)）．
A．KMnO₄溶液      B．KSCN溶液     C．KCl溶液  D．KOH
（3）第Ⅲ步加FeCO₃調(diào)溶液pH=6時(shí)，利用相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算，（已知Ksp Al（OH）₃=1.9×10^-33，當(dāng)離子濃度小于1×10^-5mol•L^-1時(shí)，可認(rèn)為沉淀完全）判斷Al³⁺是（填“是”或“否”）能沉淀完全．
（4）FeCO₃在空氣中加熱反應(yīng)可制得鐵系氧化物材料．
已知25℃，101kPa時(shí)：4Fe（s）+3O₂（g）═2Fe₂O₃（s）△H=-1648kJ/mol
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393kJ/mol
2Fe（s）+2C（s）+3O₂（g）═2FeCO₃（s）△H=-1480kJ/mol
FeCO₃在空氣中加熱反應(yīng)生成Fe₂O₃的熱化學(xué)方程式是4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ/mol．
（5）FeSO₄溶液在加熱濃縮結(jié)晶時(shí)要注意避免接觸到空氣防止其被氧化，F(xiàn)eSO₄在一定條件下可制得FeS₂（二硫化亞鐵）納米材料，該材料可用于制造高容量鋰電池，電池放電時(shí)的總反應(yīng)為4Li+FeS₂═Fe+2Li₂S，正極反應(yīng)式是FeS₂+4e^-=Fe+2S^2-．

Answer 1

分析 硫鐵礦燒渣用硫酸浸取，過(guò)濾后濾液中含有硫酸鐵、未反應(yīng)的硫酸，用活化硫鐵礦還原Fe³⁺后過(guò)濾，向?yàn)V液中加入FeCO₃調(diào)節(jié)溶液pH，過(guò)濾后在通入空氣、調(diào)節(jié)溶液pH，除去溶液中雜質(zhì)離子，過(guò)濾濃縮結(jié)晶得到FeSO₄晶體．
（1）H₂SO₄與Fe₂O₃反應(yīng)生成硫酸鐵與水；
（2）用KSCN 溶液檢驗(yàn)第Ⅱ步中Fe³⁺是否完全還原；
（3）溶液pH=6時(shí)，c（OH^-）=1×10^-8 mol/L，根據(jù)c（Al³⁺）=$\frac{KspAl（OH）{\;}_{3}}{c{\;}^{3}（OH{\;}^{-}）}$計(jì)算出鋁離子的濃度，并判斷沉淀是否完全；
（4）發(fā)生反應(yīng)：4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂，根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減，構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式；
（5）硫酸亞鐵易被空氣中氧氣氧化，電池放電時(shí)的總反應(yīng)為：4Li+FeS₂═Fe+2Li₂S，正極發(fā)生還原反應(yīng)，F(xiàn)eS₂獲得電子生成Fe、S^2-．

解答 解：硫鐵礦燒渣用硫酸浸取，過(guò)濾后濾液中含有硫酸鐵、未反應(yīng)的硫酸，用活化硫鐵礦還原Fe³⁺后過(guò)濾，向?yàn)V液中加入FeCO₃調(diào)節(jié)溶液pH，過(guò)濾后在通入空氣、調(diào)節(jié)溶液pH，除去溶液中雜質(zhì)離子，過(guò)濾濃縮結(jié)晶得到FeSO₄晶體．
（1）H₂SO₄與Fe₂O₃反應(yīng)生成硫酸鐵與水，反應(yīng)離子方程式為Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，故答案為：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O；
（2）KMnO₄溶液、K₃[Fe（CN）₆]溶液可以檢驗(yàn)有Fe²⁺生成，取第Ⅱ步反應(yīng)中溶液少許與試管中，滴加KSCN 溶液，若溶液不變紅色，說(shuō)明Fe³⁺完全被還原，
故答案為：B；
（3）溶液pH=6時(shí)，c（OH^-）=1×10^-8 mol/L，根據(jù)c（Al³⁺）=$\frac{KspAl（OH）{\;}_{3}}{c{\;}^{3}（OH{\;}^{-}）}$=$\frac{1.9×10{\;}^{-33}}{1×10{\;}^{-24}}$mol/L=1.9×10^-9 mol/L＜10^-5mol/L，所以鋁離子沉淀已經(jīng)完全，
故答案為：是；
（4）發(fā)生反應(yīng)：4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂，
已知：①4Fe（s）+3O₂（g）═2Fe₂O₃（s）△H=-1648kJ/mol
②C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393kJ/mol
③2Fe（s）+2C（s）+3O₂（g）═2FeCO₃（s）△H=-1480kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，①-③×2+②×④可得4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g），故△H=-1648kJ/mol-2×（-1480kJ/mol）+4×（-393kJ/mol）=-260kJ/mol，
故反應(yīng)熱化學(xué)方程式為：4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ/mol，
故答案為：4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ/mol；
（5）硫酸亞鐵易被空氣中氧氣氧化，所以FeSO₄溶液在加熱濃縮結(jié)晶時(shí)要注意避免接觸到空氣防止其被氧化，電池放電時(shí)的總反應(yīng)為：4Li+FeS₂═Fe+2Li₂S，正極發(fā)生還原反應(yīng)，F(xiàn)eS₂獲得電子生成Fe、S^2-，正極電極反應(yīng)式為：FeS₂+4e^-=Fe+2S^2-，
故答案為：避免接觸到空氣防止其被氧化；FeS₂+4e^-=Fe+2S^2-．

點(diǎn)評(píng) 本題以化學(xué)工藝流程為載體，考查離子方程式書(shū)寫(xiě)、離子檢驗(yàn)、熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)、電極反應(yīng)式、化學(xué)計(jì)算等，需要學(xué)生熟練掌握元素化合物知識(shí)．