Question

15．硫、硫化物和硫酸鹽在自然界都存在．
（1）硫酸是基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)的重要產(chǎn)品，下列為接觸法制硫酸的反應(yīng)：
4FeS₂（s）+11O₂（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃（s）+8SO₂（g）△H=-3412kJ•mol^-1
2SO₂（g）+O₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
SO₃（g）+H₂O（l）═H₂SO₄（l）△H=-130.3kJ•mol^-1
理論上，用FeS₂為原料生產(chǎn)2mol H₂SO₄（I）所釋放的熱量為1310.2kJ•mol^-1
（2）硫酸生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生硫酸渣，其成分主要為：Fe（約55%）、CaO和CaS（約16%）、SiO₂（約11%）、MgO（約6%）、Al₂O₃（約10%），一種利用硫酸渣制備綠礬（FeSO₄•7H₂O）的工藝流程如下：

表：幾種離子沉淀pH 粗制FeSO₄晶體

	開始沉淀的pH	沉淀完全的pH
Al3+	3.2	4.4
Fe2+	6.3	8.4
Ca2+	11.8	\
Mg2+	8.8	10.8

回答下列問題：
①上述流程中加入鐵屑時反應(yīng)的離子方程式Fe+2H⁺=H₂↑+Fe²⁺，F(xiàn)e+2Fe³⁺=3Fe²⁺．
②上述制備過程中加入CaO調(diào)節(jié)pH=4.5時，產(chǎn)生沉淀的主要成分為Al（OH）₃．
③精制FeSO₄•7H₂O前，需向濾液中加入H₂SO₄調(diào)節(jié)pH，其目的是抑制Fe²⁺離子的水解．
④研究發(fā)現(xiàn)，其他條件相同，結(jié)晶溫度在70℃左右時硫酸亞鐵純度最高，分析大于70℃時，硫酸亞鐵純度降低的主要原因可能為可能是亞鐵離子被氧化為鐵離子的量增多．
（3）H₂S是一種無色、有毒且有惡臭味的氣體．煤的低溫焦化，含硫石油開采、提煉，橡膠、制革、染料、制糖等工業(yè)中都有H₂S產(chǎn)生，有研究組設(shè)計了一種硫化氫-空氣染料電池，總反應(yīng)為2H₂S+O₂═2S+2H₂O，簡易結(jié)構(gòu)如圖所示：

①硫化氫應(yīng)通入到電極b．（填“a”或“b”）
②b極發(fā)生的電極反應(yīng)式為H₂S-2e^-+O^2-=S↓+H₂O．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學(xué)方程式；
（2）硫酸渣，其成分主要為：Fe（約55%）、CaO和CaS（約16%）、SiO₂（約11%）、MgO（約6%）、Al₂O₃（約10%），加入稀硫酸溶解過濾得到溶液中主要是硫酸鐵、硫酸鋁、硫酸亞鐵、硫酸鎂、硫酸鈣，加入鐵粉還原鐵離子為亞鐵離子，加入氧化鈣調(diào)節(jié)溶液PH使鋁離子全部沉淀，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌得到得到粗制硫酸亞鐵晶體，加入水溶解后加入硫酸調(diào)節(jié)溶液PH，抑制硫酸亞鐵水解，蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌得到精制硫酸亞鐵晶體，
①上述流程中加入鐵屑時反應(yīng)是鐵和過量硫酸、溶液中硫酸鐵發(fā)生反應(yīng)；
②制備過程中加入CaO調(diào)節(jié)pH=4.5時，依據(jù)圖表中離子沉淀的PH，使鋁離子全部沉淀；
③硫酸亞鐵溶液中亞鐵離大于70℃時，子水解，向濾液中加入H₂SO₄調(diào)節(jié)pH抑制亞鐵離子的水解；
④大于70℃時，亞鐵離子被氧化為鐵離子；
（3）根據(jù)總反應(yīng)2H₂S+O₂═2S↓+2H₂O分析，得到硫化氫在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成硫單質(zhì)，氧氣在正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氧離子，據(jù)此分析．

解答 解：（1）①4FeS₂（s）+11O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+8SO₂（g）△H=-3412kJ•mol^-1
②2SO₂（g）+O₂（g）$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
③SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130.3kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律①+②×4+③×8，得到反應(yīng)熱化學(xué)方程式為：4FeS₂（s）+15O₂（g）+8H₂O（l）=2Fe₂O₃（s）+8H₂SO₄（l）的△H=-3412-196.6×4-130.3×8=-5240.8KJ/mol，所以生產(chǎn)2mol H₂SO₄（l）所釋放出的熱量為$\frac{5240.8}{4}$=1310.2KJ；故答案為：1310.2；
（2）硫酸渣，其成分主要為：Fe（約55%）、CaO和CaS（約16%）、SiO₂（約11%）、MgO（約6%）、Al₂O₃（約10%），加入稀硫酸溶解過濾得到溶液中主要是硫酸鐵、硫酸鋁、硫酸亞鐵、硫酸鎂、硫酸鈣，加入鐵粉還原鐵離子為亞鐵離子，加入氧化鈣調(diào)節(jié)溶液PH使鋁離子全部沉淀，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌得到得到粗制硫酸亞鐵晶體，加入水溶解后加入硫酸調(diào)節(jié)溶液PH，抑制硫酸亞鐵水解，蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌得到精制硫酸亞鐵晶體，
①上述流程中加入鐵屑時反應(yīng)是鐵和過量硫酸、溶液中硫酸鐵發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式為：Fe+2H⁺=H₂↑+Fe²⁺，F(xiàn)e+2Fe³⁺=3Fe²⁺，
故答案為：Fe+2H⁺=H₂↑+Fe²⁺，F(xiàn)e+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
②制備過程中加入CaO調(diào)節(jié)pH=4.5時，依據(jù)圖表中離子沉淀的PH，使鋁離子全部沉淀，產(chǎn)生沉淀的主要成分為Al（OH）₃，
故答案為：Al（OH）₃；
③硫酸亞鐵溶液中亞鐵離大于70℃時，子水解，向濾液中加入H₂SO₄調(diào)節(jié)pH抑制亞鐵離子的水解，精制FeSO₄•7H₂O前，需向濾液中加入H₂SO₄調(diào)節(jié)pH，其目的是抑制Fe²⁺離子的水解，
故答案為：抑制Fe²⁺離子的水解；
④結(jié)晶溫度在70℃左右時硫酸亞鐵純度最高，分析大于70℃時，硫酸亞鐵純度降低的主要原因是大于70℃時，亞鐵離子被氧化為鐵離子，硫酸亞鐵純度降低的主要原因可能為；可能是亞鐵離子被氧化為鐵離子的量增多，
故答案為：可能是亞鐵離子被氧化為鐵離子的量增多；
（3）①根據(jù)總反應(yīng)2H₂S+O₂═2S↓+2H₂O分析，得到硫化氫在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成硫單質(zhì)，氧氣在正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氧離子，又電子從b流向a極即b為負(fù)極，a為正極，故答案為：b；
②b為負(fù)極，硫化氫失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成硫單質(zhì)，反應(yīng)式為：H₂S-2e^-+O^2-=S↓+H₂O，故答案為：H₂S-2e^-+O^2-=S↓+H₂O．

點評 本題考查了熱化學(xué)方程式書寫和蓋斯定律的計算應(yīng)用，混合物的分離的實驗流程分析，原電池原理、離子性質(zhì)和除雜的條件選擇是解題關(guān)鍵，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．