Question

9．以硫鐵礦（主要成分為FeS₂）為原料制備氯化鐵晶體（FeCl₃•6H₂O）的工藝流程如圖：
回答下列問題：
（1）煅燒時(shí)粉碎硫鐵礦的目的是增大反應(yīng)物的接觸面積，提高原料的利用率．該反應(yīng)的化學(xué)方程式4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，該反應(yīng)中被氧化的元素是S和Fe．
（2）酸溶及后續(xù)過程中均需保持鹽酸過量，其目的是提高鐵元素的浸出率、抑制Fe³⁺水解；
（3）操作a為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥，獲得FeCl₃•6H₂O；
（4）焙燒產(chǎn)生的二氧化硫可以用來生產(chǎn)硫酸，其中利用催化氧化反應(yīng)將SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃是一個(gè)關(guān)鍵步驟．壓強(qiáng)及溫度對(duì)SO₂轉(zhuǎn)化率的影響如下表：

	0.1	0.5	1	10
400	99.2%	99.6%	99.7%	99.9%
500	93.5%	96.9%	97.8%	99.3%
600	73.7%	85.8%	89.5%	96.4%

根據(jù)表中的數(shù)據(jù)判斷該反應(yīng)的正向?qū)儆诜艧幔ㄌ睢胺艧帷盎颉蔽鼰帷埃┓磻?yīng)，理由是壓強(qiáng)一定時(shí)，溫度升高，SO₂轉(zhuǎn)化率下降，說明升溫平衡逆向移動(dòng)，則正向放熱．
（5）計(jì)算每生產(chǎn)1萬噸98%硫酸所需要含80%FeS₂的硫鐵礦為7894.7噸（假設(shè)反應(yīng)過程中硫的損失率為5%，結(jié)果保留一位小數(shù)）．

Answer 1

分析 根據(jù)流程，黃鐵礦在高溫下煅燒可以得到鐵的氧化物，將其溶于鹽酸中，可以得到含有亞鐵離子、鐵離子的鹽溶液，向其中通入氯氣，能將亞鐵離子氧化為鐵離子，氯化鐵溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶就可以得到氯化鐵的晶體．
（1）煅燒時(shí)粉碎硫鐵礦的目的是增大接觸面積增大反應(yīng)速率，提高原理利用率；依據(jù)流程可知反應(yīng)物為FeS₂和氧氣，生成物為二氧化硫和鐵的氧化物，據(jù)此寫出反應(yīng)的方程式，反應(yīng)中元素化合價(jià)升高的做還原劑被氧化；
（2）煅燒后生成的氧化鐵與鹽酸反應(yīng)生成氯化鐵，酸浸后生成的氯化鐵是目標(biāo)物質(zhì)，加入過量鹽酸是抑制鐵離子的水解，使更多的鐵元素轉(zhuǎn)化為氯化鐵；
（3）由溶液獲得晶體需加熱蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥；
（4）采取控制變量法，壓強(qiáng)一定，分析溫度對(duì)平衡的影響，由表中數(shù)據(jù)可知，壓強(qiáng)一定時(shí)，溫度升高時(shí)，SO₂的轉(zhuǎn)化率降低，說明升高溫度有利于平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)；
（5）根據(jù)S元素守恒，利用關(guān)系式：FeS₂～2SO₂～2SO₃～2H₂SO₄計(jì)算，注意硫元素的利用率的計(jì)算．

解答 解：黃鐵礦在高溫下煅燒可以得到鐵的氧化物，將其溶于鹽酸中，可以得到含有亞鐵離子、鐵離子的鹽溶液，向其中通入氯氣，能將亞鐵離子氧化為鐵離子，氯化鐵溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶就可以得到氯化鐵的晶體．
（1）煅燒時(shí)粉碎硫鐵礦的目的是增大接觸面積增大反應(yīng)速率，提高原理利用率；依據(jù)流程可知反應(yīng)物為FeS₂和氧氣，生成物為二氧化硫和氧化鐵，反應(yīng)的方程式為：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，反應(yīng)中鐵元素化合價(jià)+2價(jià)升高為+3價(jià)，所以貼元素被氧化，硫元素從-1價(jià)變化為+4價(jià)，化合價(jià)升高失電子被氧化，被氧化的元素為Fe和S；
故答案為：增大反應(yīng)物的接觸面積，提高原料的利用率；4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；Fe和S；
（2）酸溶及后續(xù)過程中均需保持鹽酸過量，其目的是使氧化鐵溶解為氯化鐵，抑制鐵離子的水解，故答案為：提高鐵元素的浸出率；抑制Fe³⁺水解；
（3）操作a為由溶液獲得晶體需加熱蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥，獲得FeCl₃•6H₂O，故答案為：過濾；洗滌；
（4）由表中數(shù)據(jù)可知，壓強(qiáng)一定時(shí)，溫度升高時(shí)，SO₂的轉(zhuǎn)化率降低，說明升高溫度有利于平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，
故答案為：放熱；壓強(qiáng)一定時(shí)，溫度升高，SO₂轉(zhuǎn)化率下降，說明升溫平衡逆向移動(dòng)，則正向放熱；
（5）反應(yīng)的關(guān)系式為：FeS₂～2SO₂～2SO₃～2H₂SO₄，
設(shè)生產(chǎn)1萬噸98%硫酸所需要含80% FeS₂質(zhì)量為x，反應(yīng)過程中硫的損失率為5%，硫元素利用率95%，
FeS₂～2SO₂～2SO₃～2H₂SO₄
120               196
x×80%×95%  1×10⁴t×98%
x=$\frac{120×1×1{0}^{4}t×98%}{196×80%×95%}$=7894.7t，
故答案為：7894.7．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)分離和提純的方法，實(shí)驗(yàn)操作，流程分析，化學(xué)平衡的移動(dòng)及有關(guān)計(jì)算，掌握物質(zhì)性質(zhì)和除雜原則是解題關(guān)鍵，計(jì)算時(shí)利用關(guān)系式可簡(jiǎn)化計(jì)算過程，題目難度中等．