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19.为了保护环境,充分利用资源,某研究小组通过如图简化流程,将工业制硫酸的硫铁矿烧渣(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(SO43+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Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O.
(2)检验第Ⅱ步中Fe3+是否完全还原,应选择C(填字母编号).
A.KMnO4溶液        B.K3[Fe(CN)6]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降低的原因是氧气可以将Fe2+离子氧化为Fe3+离子,Fe3+离子水解生成H+
(4)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=-393kJ/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4FeCO3(s)+O2(g)=2Fe2O3(s)+4CO2(g)△H=-260kJ/mol.
(5)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FeS2+4e-=Fe+2S2-
(6)假如烧渣中的铁全部视为Fe2O3,其含量为50%.将a kg质量分数为b%的硫酸加入到c kg烧渣中浸取,铁的浸取率为96%,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FeCO30.0118ab-0.646c kg.

分析 硫铁矿烧渣用硫酸浸取,过滤后滤液中含有硫酸铁、未反应的硫酸,用活化硫铁矿还原Fe3+后过滤,向滤液中加入FeCO3调节溶液pH,过滤后在通入空气、调节溶液pH,除去溶液中杂质离子,过滤浓缩结晶得到FeSO4晶体.
(1)H2SO4与Fe2O3反应生成硫酸铁与水;
(2)用KSCN 溶液检验第Ⅱ步中Fe3+是否完全还原;
(3)氧气可以讲亚铁离子氧化为铁离子,铁离子水解使溶液pH降低;
(4)发生反应:4FeCO3+O2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe2O3+4CO2,根据盖斯定律,由已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减,构造目标热化学方程式;
(5)电池放电时的总反应为:4Li+FeS2═Fe+2Li2S,正极发生还原反应,FeS2获得电子生成Fe、S2-
(6)第Ⅲ步应加入FeCO3后,浸取时加入的硫酸、活化硫铁矿还原Fe3+时生成的硫酸完全转化为FeSO4,根据FeS2~7Fe2(S043~7Fe2O3计算参加反应的FeS2的物质的量,根据硫元素守恒计算n(FeSO4),由Fe元素守恒计算n(FeCO3),再根据m=nM计算其质量.

解答 解:硫铁矿烧渣用硫酸浸取,过滤后滤液中含有硫酸铁、未反应的硫酸,用活化硫铁矿还原Fe3+后过滤,向滤液中加入FeCO3调节溶液pH,过滤后在通入空气、调节溶液pH,除去溶液中杂质离子,过滤浓缩结晶得到FeSO4晶体.
(1)H2SO4与Fe2O3反应生成硫酸铁与水,反应离子方程式为:Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O,故答案为:Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O;
(2)KMnO4溶液、K3[Fe(CN)6]溶液可以检验有Fe2+生成,取第Ⅱ步反应中溶液少许与试管中,滴加KSCN 溶液,若溶液不变红色,说明Fe3+完全被还原,
故答案为:C;
(3)氧气可以将Fe2+离子氧化为Fe3+离子,Fe3+离子水解生成H+,使溶液pH降低,
故答案为:氧气可以将Fe2+离子氧化为Fe3+离子,Fe3+离子水解生成H+
(4)发生反应:4FeCO3+O2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe2O3+4CO2
已知:①4Fe(s)+3O2(g)═2Fe2O3(s)△H=-1648kJ/mol
②C(s)+O2(g)═CO2(g)△H=-393kJ/mol
③2Fe(s)+2C(s)+3O2(g)═2FeCO3(s)△H=-1480kJ/mol
根据盖斯定律,①-③×2+②×④可得4FeCO3(s)+O2(g)=2Fe2O3(s)+4CO2(g),故△H=-1648kJ/mol-2×(-1480kJ/mol)+4×(-393kJ/mol)=-260kJ/mol,
故反应热化学方程式为:4FeCO3(s)+O2(g)=2Fe2O3(s)+4CO2(g)△H=-260kJ/mol,
故答案为:4FeCO3(s)+O2(g)=2Fe2O3(s)+4CO2(g)△H=-260kJ/mol;
(5)电池放电时的总反应为:4Li+FeS2═Fe+2Li2S,正极发生还原反应,FeS2获得电子生成Fe、S2-,正极电极反应式为:FeS2+4e-=Fe+2S2-
故答案为:FeS2+4e-=Fe+2S2-
(6)Fe2O3含量为50%,ckg烧渣中,Fe2O3质量为50%×ckg,铁的浸取率为96%,侧参加反应的Fe2O3质量为50%×ckg×96%,其物质的量为(50%×c×103×96%)g÷160g/mol=3c mol,
akg质量分数为b%的硫酸中m(H2SO4)=b%×akg,其物质的量为(b%×a×103)g÷98g/mol=$\frac{10ab}{98}$mol,
第Ⅲ步应加入FeCO3后,浸取时加入的硫酸、活化硫铁矿还原Fe3+时生成的硫酸完全转化为FeSO4
根据FeS2~7Fe2(S043~7Fe2O3,可知参加反应的FeS2的物质的量$\frac{1}{7}$×3c mol,
根据硫元素守恒计算n(FeSO4)=$\frac{1}{7}$×3c mol×2+$\frac{10ab}{98}$mol,
由Fe元素守恒n(FeCO3)=n(FeSO4)-n(FeS2)-2n(Fe2O3)=$\frac{1}{7}$×3c mol×2+$\frac{10ab}{98}$mol-$\frac{1}{7}$×3c mol-2×3c mol=$\frac{10ab}{98}$mol-$\frac{39c}{7}$mol,故m(FeCO3)=($\frac{10ab}{98}$-$\frac{39c}{7}$)mol×116g/mol≈(11.8ab-646c)g,即为(0.0118ab-0.646c)Kg,
故答案为:(0.0118ab-0.646c).

点评 本题以化学工艺流程为载体,考查离子方程式书写、离子检验、热化学方程式书写、电极反应式、化学计算等,需要学生熟练掌握元素化合物知识,(6)中计算为易错点、难点,注意利用守恒法计算,避免计算繁琐,较好的考查学生分析计算能力.

练习册系列答案
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9.下列实验中:①配制一定物质的量浓度的溶液;②pH试纸的使用;③过滤,④蒸发、结晶.均用到的仪器是(  )
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10.下列各组物质,不用任何试剂即可鉴别的是(  )
A.NaCl、NaBr、KI三种无色溶液
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C.NaBr、HCl、KCl三种溶液
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7.下列反应的离子方程式书写正确的是(  )
A.向饱和Ca(HCO32溶液中加入足量的NaOH溶液:Ca2++HCO${\;}_{3}^{-}$+OH-═CaCO3↓+H2O
B.次氯酸钙溶液中通入过量二氧化碳:Ca2++2ClO-+CO2+H2O═CaCO3↓+2HClO
C.1L2mol•L-1的FeBr2溶液中通入2.5mol Cl2:4Fe2++6Br-+5Cl2═10Cl-+4Fe3++3Br2
D.以石墨作电极电解CuCl2溶液:2Cl-+2H2O═2OH-+Cl2↑十H2

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

14.下列说法或叙述不正确的是(  )
A.蛋白质“溶液”是一种胶体,向该分散系中加入少量的盐(如硫酸铵)能促进蛋白质的溶解
B.饱和(NH42SO4溶液能使蛋白质变性
C.用半透膜可除去蛋白质溶液中的NaCl
D.用灼烧的方法检验是毛线还是棉线

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4.化学与社会、生产、生活密切相关.下列说法不正确的是(  )
A.75%的酒精用于消毒B.Al(OH)3可用于治疗胃酸过多
C.明矾用于水的杀菌消毒D.从海底提取可燃冰

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

4.工业上利用软锰矿(主要成分为MnO2,同时含少量铁、铝等的化合物)制备硫酸锰的常见流程如下:

部分金属阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH见下表:
沉淀物Al(OH)3Fe(OH)3Fe(OH)2Mn(OH)2
pH5.23.29.710.4
(1)一氧化锰用硫酸酸浸时发生的主要反应的离子方程式为MnO+2H+=Mn2++H2O.酸浸后加入MnO2将溶液中的Fe2+氧化成Fe3+,其目的是确保铁元素在后续操作中完全转化为氢氧化物沉淀而除去.
(2)滤渣A的成分除MnO2外,还有Fe(OH)3和Al(OH)3
(3)MnO2是制造碱性锌锰电池的基本原料,放电时负极的电极反应式为Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2.工业上以石墨为电极电解酸化的MnSO4溶液生产MnO2,阳极的电极反应式为Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+,当阴极产生4.48L(标况)气体时,MnO2的理论产量为17.4g.
(4)锰的三种难溶化合物的溶度积:Ksp(MnCO3)=1.8×10-11,Ksp[Mn(OH)2]=1.9×10-13,Ksp(MnS)=2.0×10-13,则上述三种难溶物的饱和溶液中,Mn2+浓度由大到小的顺序是Mn(OH)2>MnCO3>MnS(填写化学式).

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

1.下列反应方程式中,正确的是(  )
A.碳酸氢镁与足量的氢氧化钠溶液反应:Mg2++2HCO3-+2OH-═MgCO3↓+CO32-+2H2O
B.氧化铝和过量的烧碱溶液反应:Al2O3+3OH-═2AlO2-+H2O
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D.向碳酸钙中滴加醋酸溶液:CaCO3+2H+═Ca2++H2O+CO2

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

2.下列有关操作或判断正确的是(  )
A.配制一定物质的量浓度的溶液时,定容时俯视刻度线会导致所配溶液浓度偏低
B.用托盘天平称取25.20 g NaCl
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