Question

【题目】为了保护环境，充分利用资源，某研究小组通过如下简化流程，将工业制硫酸的硫铁矿渣（铁主要以Fe2O3存在）转变成重要的化工原料FeSO4（反应条件略）。

活化硫铁矿还原Fe3+的主要反应为：FeS2+7Fe2（SO4）3+8H2O=15FeSO4+8H2SO4，不考虑其他反应。请回答下列问题：

（1）第Ⅰ步H2SO4与Fe2O3反应的离子方程式是_____________________。

（2）检验第Ⅱ步中Fe3+是否完全还原，应选择_________________（填字母编号）。

A．KMnO4溶液 B．淀粉-KI溶液 C．KSCN溶液

（3）第Ⅲ步加FeCO3调溶液pH到5．8左右，然后在第Ⅳ步通入空气使溶液pH降到5．2，此时Fe2+不沉淀，滤液中铝、硅杂质除尽。通入空气引起溶液pH降低的原因是_______________。

（4）FeSO4在一定条件下可制得FeS2（二硫化亚铁）纳米材料。该材料可用于制造高容量锂电池，电池放电时的总反应为4Li+ FeS2=Fe+2Li2S，正极反应式是___________。

（5）FeSO4可转化为FeCO3，FeCO3在空气中加热反应可制得铁系氧化物材料。

已知25℃，101kPa时：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在空气中加热反应生成Fe2O3的热化学方程式是______________。

（6）假如烧渣中的铁全部视为Fe2O3，其含量为p。将b kg质量分数为c的硫酸加入到a kg烧渣中浸取，铁的浸取率为q，其他杂质浸出消耗的硫酸以及调pH后溶液呈微酸性所残留的硫酸忽略不计。按上述流程，第Ⅲ步应加入FeCO3___________kg。

Answer 1

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

【解析】

硫铁矿烧渣用硫酸浸取，过滤后滤液中含有硫酸铁和未反应的硫酸，用活化硫铁矿还原铁离子后过滤，向滤液中加入碳酸亚铁调节溶液pH，过滤后再通入空气，调节溶液的pH，除去溶液中杂质离子，过滤浓缩结晶得到硫酸亚铁晶体。

硫铁矿烧渣用硫酸浸取，过滤后滤液中含有硫酸铁和未反应的硫酸，用活化硫铁矿还原铁离子后过滤，向滤液中加入碳酸亚铁调节溶液pH，过滤后再通入空气，调节溶液的pH，除去溶液中杂质离子，过滤浓缩结晶得到硫酸亚铁晶体。

（1）硫酸和氧化铁反应生成硫酸铁和水，离子方程式为：Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O。

（2）检验Fe3+是否完全还原即检验还原后的溶液中是否含Fe3+，淀粉碘化钾可以和铁离子反应生成碘单质，碘单质遇淀粉显蓝色；硫氰化钾可以检验铁离子，溶液显红色；KMnO4溶液与Fe3+不反应，不能检验Fe3+；答案选BC。

（3）氧气可以将Fe2+被氧化为Fe3+， Fe3+水解产生H+，使溶液的pH降低。

（4）电池放电时的总反应为4Li+ FeS2=Fe +2Li2S，正极发生得电子的还原反应，所以是二硫化亚铁得到电子生成铁和硫离子，电极反应式为：FeS2+4e－=Fe+2S2－。

（5）将已知热化学方程式编号

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

根据盖斯定律，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）氧化铁含量为p，akg烧渣中氧化铁的质量为ap×103g，铁的浸取率为q，则参与反应的氧化铁的质量为ap×103×qg，物质的量为mol；硫酸的物质的量为mol；加入碳酸亚铁，浸取时加入的硫酸，活化硫铁矿还原铁离子时生成的硫酸完全转化为硫酸亚铁，根据FeS2~7Fe2（SO4）3~7Fe2O3，可知参加反应的二硫化亚铁的物质的量为硫酸铁物质的量的，即为mol；根据硫元素守恒，硫酸亚铁的总物质的量=（ + ）mol；根据铁元素守恒知碳酸亚铁的物质的量= （ + ）mol - mol - mol，质量为 [（ + ）mol - mol - mol] ×116g/mol=（）kg。