Question

【題目】為了保護環境，充分利用資源，某研究小組通過如下簡化流程，將工業制硫酸的硫鐵礦渣（鐵主要以Fe2O3存在）轉變成重要的化工原料FeSO4（反應條件略）。

活化硫鐵礦還原Fe3+的主要反應為：FeS2+7Fe2（SO4）3+8H2O=15FeSO4+8H2SO4，不考慮其他反應。請回答下列問題：

（1）第Ⅰ步H2SO4與Fe2O3反應的離子方程式是_____________________。

（2）檢驗第Ⅱ步中Fe3+是否完全還原，應選擇_________________（填字母編號）。

A．KMnO4溶液 B．淀粉-KI溶液 C．KSCN溶液

（3）第Ⅲ步加FeCO3調溶液pH到5．8左右，然后在第Ⅳ步通入空氣使溶液pH降到5．2，此時Fe2+不沉淀，濾液中鋁、硅雜質除盡。通入空氣引起溶液pH降低的原因是_______________。

（4）FeSO4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，電池放電時的總反應為4Li+ FeS2=Fe+2Li2S，正極反應式是___________。

（5）FeSO4可轉化為FeCO3，FeCO3在空氣中加熱反應可制得鐵系氧化物材料。

已知25℃，101kPa時：4Fe（s）+ 3O2 （g）=2Fe2O3（s）H=-1648kJ/mol

C（s）+O2（g）=CO2（g）H =-392kJ/mol

2Fe（s）+2C（s）+3O2（g）=2FeCO3（s）H =-1480kJ/mol

FeCO3在空氣中加熱反應生成Fe2O3的熱化學方程式是______________。

（6）假如燒渣中的鐵全部視為Fe2O3，其含量為p。將b kg質量分數為c的硫酸加入到a kg燒渣中浸取，鐵的浸取率為q，其他雜質浸出消耗的硫酸以及調pH后溶液呈微酸性所殘留的硫酸忽略不計。按上述流程，第Ⅲ步應加入FeCO3___________kg。

Answer 1

【答案】Fe2O3+6H+＝2Fe3++3H2O BC Fe2+被氧化為Fe3+，Fe3+水解產生H+ FeS2+4e－=Fe+2S2－ 4FeCO3(s)+O2(g) =2Fe2O3(s)+ 4CO2(g) H=－256kJ/mol -

【解析】

硫鐵礦燒渣用硫酸浸取，過濾后濾液中含有硫酸鐵和未反應的硫酸，用活化硫鐵礦還原鐵離子后過濾，向濾液中加入碳酸亞鐵調節溶液pH，過濾后再通入空氣，調節溶液的pH，除去溶液中雜質離子，過濾濃縮結晶得到硫酸亞鐵晶體。

硫鐵礦燒渣用硫酸浸取，過濾后濾液中含有硫酸鐵和未反應的硫酸，用活化硫鐵礦還原鐵離子后過濾，向濾液中加入碳酸亞鐵調節溶液pH，過濾后再通入空氣，調節溶液的pH，除去溶液中雜質離子，過濾濃縮結晶得到硫酸亞鐵晶體。

（1）硫酸和氧化鐵反應生成硫酸鐵和水，離子方程式為：Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O。

（2）檢驗Fe3+是否完全還原即檢驗還原后的溶液中是否含Fe3+，淀粉碘化鉀可以和鐵離子反應生成碘單質，碘單質遇淀粉顯藍色；硫氰化鉀可以檢驗鐵離子，溶液顯紅色；KMnO4溶液與Fe3+不反應，不能檢驗Fe3+；答案選BC。

（3）氧氣可以將Fe2+被氧化為Fe3+， Fe3+水解產生H+，使溶液的pH降低。

（4）電池放電時的總反應為4Li+ FeS2=Fe +2Li2S，正極發生得電子的還原反應，所以是二硫化亞鐵得到電子生成鐵和硫離子，電極反應式為：FeS2+4e－=Fe+2S2－。

（5）將已知熱化學方程式編號

①4Fe（s）+ 3O2（g）=2Fe2O3（s）H=-1648kJ/mol

②C（s）+O2（g）=CO2（g）H =-392kJ/mol

③2Fe（s）+2C（s）+3O2（g）=2FeCO3（s）H =-1480kJ/mol

根據蓋斯定律，①-③×2+②×4即得，4FeCO3（s）+O2（g）=2Fe2O3（s）+ 4CO2（g）H=-1648kJ/mol-2×（-1480kJ/mol）+4×（-392kJ/mol）=－256kJ/mol。

（6）氧化鐵含量為p，akg燒渣中氧化鐵的質量為ap×103g，鐵的浸取率為q，則參與反應的氧化鐵的質量為ap×103×qg，物質的量為mol；硫酸的物質的量為mol；加入碳酸亞鐵，浸取時加入的硫酸，活化硫鐵礦還原鐵離子時生成的硫酸完全轉化為硫酸亞鐵，根據FeS2~7Fe2（SO4）3~7Fe2O3，可知參加反應的二硫化亞鐵的物質的量為硫酸鐵物質的量的，即為mol；根據硫元素守恒，硫酸亞鐵的總物質的量=（ + ）mol；根據鐵元素守恒知碳酸亞鐵的物質的量= （ + ）mol - mol - mol，質量為 [（ + ）mol - mol - mol] ×116g/mol=（）kg。