Question

【题目】聚合硫酸铁(PFS)是一种高效的无机高分子絮凝剂。某工厂利用经浮选的硫铁矿烧渣(有效成分为Fe2O3 和Fe3O4)制备PFS，其工艺流程如下图所示。

（1）还原焙烧过程中，CO还原Fe3O4生成FeO的热化学方程式为________________________。

已知： Fe3O4(s)+C(s)= 3FeO(s)+CO(g) ΔH1=+191.9kJ·mol-1

C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH2=-393.5kJ·mol-1

C(s)+CO2(g)=2CO(g) ΔH3=+172.5kJ·mol-1

（2）CO是还原焙烧过程的主要还原剂。下图中，曲线表示4个化学反应a、b、c、d达到平衡时气相组成和温度的关系，I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别是Fe2O3、Fe3O4、FeO、Fe稳定存在的区域。a属于_________（填“吸热反应”或“放热反应”）；570℃时，d反应的平衡常数K= ____________。

（3）工业上，还原焙烧的温度一般控制在800℃左右，温度不宜过高的理由是___________________。

（4）若“酸浸”时间过长，浸出液中Fe2+含量反而降低，主要原因是___________________________。

（5）FeSO4溶液在空气中会缓慢氧化生成难溶的Fe(OH)SO4，该反应的离子方程式为_____________________________。“催化氧化”过程用NaNO2作催化剂（NO起实质上的催化作用）时，温度与Fe2+转化率的关系如右图所示（反应时间相同），Fe2+转化率随温度的升高先上升后下降的原因是___________________________________________________。

Answer 1

【答案】 Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2(g) ΔH=+19.4kJ·mol-1 放热反应 1 浪费能量，且FeO易被还原成Fe Fe2+易被空气中的O2氧化成Fe3+ 4SO42-+ 4Fe2++O2+2H2O=4Fe(OH)SO4↓ 温度升高，反应速率增大；温度过高，NO气体逸出，转化率下降

【解析】试题分析：（1）根据盖斯定律计算CO还原Fe3O4生成FeO的焓变；（2）根据图像，升高温度，Fe3O4的含量减小，反应a逆向移动；d反应的平衡常数K= ；（3）温度大于800℃，FeO易被还原成Fe；（4）Fe2+易被空气中的O2氧化成Fe3+；（5）FeSO4溶液在空气中被氧气氧化生成难溶的Fe(OH)SO4，根据得失电子守恒、电荷守恒配平离子方程式；NO起实质上的催化作用，温度升高，反应速率增大；温度过高，NO气体逸出，转化率下降。

解析：（1）①Fe3O4(s)+C(s)= 3FeO(s)+CO(g) ΔH1=+191.9kJ·mol-1

②C(s)+CO2(g)=2CO(g) ΔH3=+172.5kJ·mol-1

根据盖斯定律①-②，得Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2(g) ΔH=+19.4kJ·mol-1。（2）根据图像，升高温度，Fe3O4的含量减小，反应a逆向移动，反应a放热；d反应的平衡常数K=，570℃时，CO、CO2浓度相等，所以K=1；（3）温度大于800℃，FeO易被还原成Fe，且浪费能量，所以工业上，还原焙烧的温度一般控制在800℃左右；（4）Fe2+易被空气中的O2氧化成Fe3+，所以“酸浸”时间过长，浸出液中Fe2+含量降低；（5）FeSO4溶液在空气中被氧气氧化生成难溶的Fe(OH)SO4，根据得失电子守恒、电荷守恒配平离子方程式为4SO42-+ 4Fe2++O2+2H2O=4Fe(OH)SO4↓；NO起实质上的催化作用，温度升高，反应速率增大；温度过高，NO气体逸出，转化率下降，所以Fe2+转化率随温度的升高先上升后下降。