Question

8．我國黃鐵礦（主要成分：FeS₂、SiO₂）儲量豐富，目前主要利用黃鐵礦資源生產(chǎn)硫酸等無機(jī)化工產(chǎn)品．
（1）硫酸石用煅燒黃鐵礦來生產(chǎn)二氧化硫，同時得到副產(chǎn)品燒渣（主要成分Fe₃O₄及少量FeS、SiO₂）．此時主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為3FeS₂+8O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，煅燒時黃鐵礦要粉碎，其目的是使黃鐵礦能夠迅速而充分燃燒．
（2）二氧化硫凈化后用于生產(chǎn)硫酸．
①接觸室法是現(xiàn)代生產(chǎn)硫酸的重要方法，反應(yīng)原理為：2SO₂+O₂$?_{△}^{催化劑}$2SO₃．若此反應(yīng)在恒溫、恒壓容器中進(jìn)行反應(yīng)，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是BCD．
A．v（SO₂）=v（SO₃）
B．混合物的平均相對分子質(zhì)量不變
C．混合氣體體積不變
D．各組分的體積分?jǐn)?shù)不變
②現(xiàn)在也可利用原電池原理用SO₂和O₂來制備硫酸，裝置如圖1，電極均為多也石墨，其作用是能吸附氣體，使氣體與電解質(zhì)溶液充分接觸．B電極的電極反應(yīng)式為SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺．
（3）工業(yè)上利用硫酸廠的燒渣制備綠礬（FeSO₄•7H₂O，摩爾質(zhì)量278g•mol^-1），工藝過程如下：
①燒渣用稀硫酸浸取時有單質(zhì)硫生成，生成單質(zhì)硫的一步化學(xué)反應(yīng)方程式為H₂S+Fe₂（SO₄）₃=S↓+2FeSO₄+H₂SO₄；
②圖2是硫酸亞鐵的溶解度曲線：由圖可知溶解燒渣的稀硫酸的最適宜的溫度是60℃；由溶液Y獲得綠礬晶體的操作步驟是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥．
③測定產(chǎn)品中綠礬含量：稱取5.70g產(chǎn)品，溶解釀成250mL溶液，量取25.00mL待測液于錐形瓶中．用硫酸酸化的0.01mol•L^-1 KMnO₄溶液滴定至終點(diǎn)，消耗KMnO₄溶液體積40.00mL．上述產(chǎn)品中的FeSO₄•7H₂O質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.975或97.5%（保留3位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 （1）二硫化亞鐵與氧氣反應(yīng)生成三氧化二鐵和二氧化硫；增大接觸面積可以加快反應(yīng)速率；
（2）①判斷化學(xué)平衡狀態(tài)可以依據(jù)平衡狀態(tài)的本質(zhì)：V正=V逆；
可以根據(jù)平衡狀態(tài)的特征：定，反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)時，始終變化的量不變；
②石墨電極多空溶于具有吸附性，能吸收氣體；B電極生成硫酸，所以B通入的是二氧化硫，二氧化硫在B電極上發(fā)生氧化反應(yīng)失去電子生成硫酸根離子；
（3）①根據(jù)燒渣成分判斷生成物，依據(jù)氧化還原反應(yīng)得失電子守恒、原子個數(shù)守恒寫出方程式；
②根據(jù)溶解度曲線可知60℃溶解度最大，所以此溫度下能夠得到濃度最大的溶液；
由溶液獲得晶體的一般操作：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥；
③依據(jù)滴定實(shí)驗的反應(yīng)終點(diǎn)時發(fā)生的反應(yīng)進(jìn)行計算，依據(jù)鐵元素守恒，結(jié)合滴定過程的反應(yīng)離子方程式計算得到；

解答 解：（1）二硫化亞鐵與氧氣反應(yīng)生成三氧化二鐵和二氧化硫，化學(xué)方程式為：3FeS₂+8O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；
煅燒時黃鐵礦要粉碎是為了增大反應(yīng)物接觸面積，加快反應(yīng)速率；
故答案為：3FeS₂+8O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；使黃鐵礦能夠迅速而充分燃燒；
（2）①A．v（SO₂）、v（SO₃）表示同一方向速率，不能表示V正=V逆，故A錯誤；
B．該反應(yīng)2SO₂+O₂$?_{△}^{催化劑}$2SO₃，為氣體系數(shù)前后不等的反應(yīng)，依據(jù)M=$\frac{m}{n}$，可知m為定制，n未達(dá)到平衡時為變量，所以當(dāng)混合物的平均相對分子質(zhì)量不變，可以判斷達(dá)到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．該反應(yīng)2SO₂+O₂$?_{△}^{催化劑}$2SO₃，為氣體系數(shù)前后不等的反應(yīng)，混合氣體體積是個變量，當(dāng)混合氣體的體積不變時可以說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故C正確；
D．各組分的體積分?jǐn)?shù)不變，未達(dá)到平衡時為變量，當(dāng)各組分的體積分?jǐn)?shù)不變說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D正確；
故選：BCD；
②電極多空溶于具有吸附性，能吸收氣體；B電極生成硫酸，所以B通入的是二氧化硫，二氧化硫在B電極上發(fā)生氧化反應(yīng)失去電子生成硫酸根離子，電極反應(yīng)式為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
故答案為：能吸附氣體，使氣體與電解質(zhì)溶液充分接觸；SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
（3）①從轉(zhuǎn)化關(guān)系可知：硫化氫與硫酸鐵發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫、硫酸亞鐵和硫酸，化學(xué)方程式：H₂S+Fe₂（SO₄）₃=S↓+2FeSO₄+H₂SO₄；
故答案為：H₂S+Fe₂（SO₄）₃=S↓+2FeSO₄+H₂SO₄；
②根據(jù)溶解度曲線可知60℃溶解度最大，所以此溫度下能夠得到濃度最大的溶液；
由溶液獲得晶體的一般操作：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥；
故答案為：60℃；蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥；
③25mL待測液消耗的高錳酸鉀的物質(zhì)的量為：0.01mol/L×0.04L=0.0004mol，
5.7g產(chǎn)品配成250mL溶液消耗高錳酸鉀的物質(zhì)的量為0.0004mol×$\frac{250}{25}$=0.004mol，
根據(jù)反應(yīng)方程式：
5Fe²⁺+1MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，
5      1
n（Fe²⁺）0.004mol；
解得n（Fe²⁺）0.004mol×5=0.02mol；
所以樣品中含有的FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量為：278g/mol×0.02mol=5.56g，
FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{5.56g}{5.7g}$×100%≈97.5%，
故答案為：0.975或97.5%．

點(diǎn)評 本題所以黃銅礦為載體考查化學(xué)方程式的書寫，平衡狀態(tài)的判斷，有關(guān)方程式的計算，題目難度中等，注意對學(xué)知識的靈活運(yùn)用．