Question

8．氯化铁是一种重要的化学试剂和化工原料，工业上以黄铁矿（主要成分为FeS₂）为原料在制备硫酸的同时，利用其煅烧后炉渣的主要成分Fe₂O₃可制备氯化铁晶体（FeCl₃•6H₂O），其工艺流程如下（杂质不参与反应）：
回答下列问题：
（1）高温煅烧时，黄铁矿要粉碎成细小的颗粒，其目的是增大与空气的接触面积，提高反应速率．
（2）黄铁矿高温煅烧时发生反应的化学方程式4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂．
（3）酸溶及后续过程中均需保持盐酸过量，其目的是使Fe₂O₃完全溶于酸、防止FeCl₃水解．
（4）系列操作包括：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等．蒸发与过滤时玻璃棒的作用分别是：搅拌、引流．
（5）取a g黄铁矿，按上述流程制得FeCl₃•6H₂O晶体，将该晶体溶于水，再将所得溶液蒸干、灼烧，得到b g固体产物（整个过程中的损耗忽略不计），黄铁矿的纯度为$\frac{3b}{2a}$×100% （用含a、b的表达式表示）．

Answer 1

分析 由以硫铁矿（主要成分为FeS₂）为原料制备氯化铁晶体的流程可知，在焙烧时FeS₂与氧气反应生成四氧化三铁和二氧化硫，然后四氧化三铁溶于盐酸生成氯化铁，过滤后滤液中加氧化剂氯气（或氯水等），除去混有的亚铁离子，最后结晶制备晶体．
（1）增大黄铁矿与空气的接触面积，可以提高反应速率；
（2）黄铁矿高温煅烧时的炉渣是氧化铁，即产物是氧化铁和二氧化硫，据此书写方程式；
（3）氧化铁能溶于盐酸中，氯化铁中的铁离子易水解，显示酸性；
（4）从溶液获得溶质的晶体的方法：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等，根据玻璃棒的作用来回答；
（5）根据反应前后铁元素守恒来计算黄铁矿的纯度．

解答 解：由以硫铁矿（主要成分为FeS₂）为原料制备氯化铁晶体的流程可知，在焙烧时FeS₂与氧气反应生成四氧化三铁和二氧化硫，然后四氧化三铁溶于盐酸生成氯化铁，过滤后滤液中加氧化剂氯气（或氯水等），除去混有的亚铁离子，最后结晶制备晶体，
（1）高温煅烧时，黄铁矿要粉碎成细小的颗粒，这样可以增大黄铁矿与空气的接触面积，提高反应速率，故答案为：增大与空气的接触面积，提高反应速率；
（2）根据黄铁矿高温煅烧时的炉渣是氧化铁，推知氧化产物是二氧化硫，发生反应的化学方程式为：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，故答案为：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；
（3）炉渣氧化铁用盐酸溶解后，得到的是氯化铁，其中的铁离子易水解，后续过程中均需保持盐酸过量，这样既可以使Fe₂O₃完全溶于酸还可以防止FeCl₃水解，
故答案为：使Fe₂O₃完全溶于酸；防止FeCl₃水解；
（4）从溶液获得溶质的晶体的方法：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等，在蒸发时玻璃棒的作用是搅拌，过滤时玻璃棒的作用是引流，
故答案为：冷却结晶；过滤；搅拌；引流；                   
（5）取a g黄铁矿，按上述流程制得FeCl₃•6H₂O晶体，将该晶体溶于水，再将所得溶液蒸干、灼烧，得到bg固体产物是氧化铁（Fe₂O₃），其中铁元素的物质的量是$\frac{b}{160}mol×2$=$\frac{b}{80}$mol，所以FeS₂的物质的量是$\frac{b}{80}$mol，黄铁矿的纯度为$\frac{\frac{b}{80}mol×120g/mol}{ag}$×100%=$\frac{3b}{2a}$×100%，故答案为：$\frac{3b}{2a}$×100%．

点评 本题考查制备实验方案的设计，为高频考点，把握制备流程中的反应、混合物分离方法为解答的关键，侧重分析与实验能力的考查，注意化学反应的分析，题目难度不大．