Question

以硫鐵礦（主要成分為FeS₂）為原料制備氯化鐵晶體（FeCl₃?6H₂O）的工藝流程如下：

回答下列問題：
（1）煅燒時粉碎硫鐵礦的目的是

 

，該反應的化學方程式為

 

．
（2）酸溶及后續(xù)過程中均需保持鹽酸過量，其目的是

 

．
（3）操作a為

 

、過濾、洗滌、干燥，獲得FeCl₃?6H₂O．
（4）焙燒產生的二氧化硫可以用來生產硫酸，其中利用催化氧化反應將SO₂轉化為SO₃是一個關鍵步驟．壓強及溫度對SO₂轉化率的影響如表：

壓強/KPa 溫度/℃	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%

①根據(jù)表中的數(shù)據(jù)判斷該反應的正向屬于

 

（填“放熱”或“吸熱”）反應，理由是

 

．
②在400～500℃時，SO₂的催化氧化采用常壓而不是高壓，主要原因是

 

；
（5）計算每生產1萬噸98%硫酸所需要含80% FeS₂的

 

噸（假設反應過程中硫的利用率為90%，結果保留一位小數(shù)）．

Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用,制備實驗方案的設計

專題：實驗設計題

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、冷卻結晶就可以得到氯化鐵的晶體．
（1）煅燒時粉碎硫鐵礦的目的是增大接觸面積增大反應速率，提高原理利用率；依據(jù)流程可知反應物為FeS₂和氧氣，生成物為二氧化硫和鐵的氧化物，據(jù)此寫出反應的方程式；
（2）煅燒后生成的氧化鐵與鹽酸反應生成氯化鐵，酸浸后生成的氯化鐵是目標物質，加入過量鹽酸是抑制鐵離子的水解，使更多的鐵元素轉化為氯化鐵；
（3）由溶液獲得晶體需加熱蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥；
（4）①采取控制變量法，壓強一定，分析溫度對平衡的影響，由表中數(shù)據(jù)可知，壓強一定時，溫度升高時，SO₂的轉化率降低，說明升高溫度有利于平衡向逆反應移動；
②由表中數(shù)據(jù)可知，增大壓強對SO₂的轉化率影響不大，同時增大成本；
（5）根據(jù)S元素守恒，利用關系式計算．

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、冷卻結晶就可以得到氯化鐵的晶體．
（1）煅燒時粉碎硫鐵礦的目的是增大接觸面積增大反應速率，提高原理利用率；依據(jù)流程可知反應物為FeS₂和氧氣，生成物為二氧化硫和氧化鐵，反應的方程式為：4FeS₂+11O₂

高溫  .

2Fe₂O₃+8SO₂，故答案為：增大反應物的接觸面積，提高原料的利用率；4FeS₂+11O₂

高溫  .

2Fe₂O₃+8SO₂；
（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）由溶液獲得晶體一般需要蒸發(fā)濃縮、冷卻晶體、過濾、洗滌、干燥；
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶；
（4）①由表中數(shù)據(jù)可知，壓強一定時，溫度升高時，SO₂的轉化率降低，說明升高溫度有利于平衡向逆反應移動，故正反應為放熱反應，
故答案為：放熱；壓強一定時，溫度升高，SO₂轉化率下降，說明升溫平衡逆向移動，則正向放熱；
②由表中數(shù)據(jù)可知，增大壓強對SO₂的轉化率影響不大，同時增大成本，故通常采取采用常壓而不是高壓，
故答案為：在常壓、400～500℃時SO₂的轉化率已經很高，若加壓會增大對設備的要求、增大投資和能源消耗；
（5）反應的關系式為：FeS₂～2SO₂～2SO₃～2H₂SO₄，
設生產1萬噸98%硫酸所需要含80% FeS₂質量為x，
FeS₂～2SO₂～2SO₃～2H₂SO₄
120               196
x×80%×90%  1×10⁴t×98%
x=

120×1×104t×98%

196×80%×90%

=8333.3t，
故答案為：8333.3．

點評：本題考查了物質分離和提純的方法，實驗操作，流程分析，化學平衡的移動及有關計算，掌握物質性質和除雜原則是解題關鍵，計算時利用關系式可簡化計算過程．