Question

14．工業(yè)上用硫鐵礦石（主要成分FeS₂）在沸騰爐中焙燒，經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng)，得到硫酸，焙燒后的礦渣用于煉鐵．其轉(zhuǎn)化過(guò)程如圖所示（部分條件、反應(yīng)物和產(chǎn)物已略去）：

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）在上面轉(zhuǎn)化過(guò)程中，硫元素被氧化的反應(yīng)是①③（填反應(yīng)編號(hào)）．
（2）寫出反應(yīng)②中煉鐵的化學(xué)方程式3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2Fe+3CO₂．若用1000t含雜質(zhì)28%的礦渣煉鐵，理論上可得到含鐵96%的生鐵質(zhì)量為525 t．
（3）寫出反應(yīng)①的化學(xué)方程式4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，若有12.0g FeS₂參加反應(yīng)，則發(fā)生轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為6.62×10²³．
（4）煙氣中SO₂的排放會(huì)造成酸雨，工業(yè)上常用Na₂SO₃溶液來(lái)吸收SO₂以減少對(duì)環(huán)境的危害．
①常溫下，將SO₂通入一定體積的1.0mol•L^-1Na₂SO₃溶液中，溶液pH不斷減�。�當(dāng)溶液pH約為6時(shí)，吸收SO₂的能力顯著下降，此時(shí)溶液中c（SO₃^2-）的濃度是0.2mol•L^-1，則溶液中c（HSO₃^-）是1.6mol•L^-1．用化學(xué)平衡原理解釋此時(shí)溶液顯酸性的原因HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-和HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-，HSO₃^-的電離程度大于其水解程度．
②向①中pH約為6時(shí)的吸收液中通入足量O₂充分反應(yīng)．取反應(yīng)后溶液10mL與10mLBaCl₂溶液混合，欲使混合時(shí)能生成沉淀，所用BaCl₂溶液的濃度不得低于2.4×10^-10mol•L^-1．[已知25℃時(shí)，K_sp（BaSO₃）=5.48×10^-7，K_sp（BaSO₄）=1.08×10^-10]．

Answer 1

分析 硫鐵礦石（主要成分FeS₂）在沸騰爐中焙燒，得到二氧化硫和礦渣主要成分為氧化鐵，二氧化硫催化氧化生成三氧化硫，三氧化硫溶于水生成硫酸，氧化鐵被一氧化碳還原生成單質(zhì)鐵，
（1）被氧化的元素是在反應(yīng)中化合價(jià)升高；
（2）反應(yīng)②中煉鐵的反應(yīng)為一氧化碳還原氧化銅鐵生成鐵和一氧化碳，結(jié)合化學(xué)方程式定量關(guān)系計(jì)算；
（3）反應(yīng)①是硫鐵礦石中硫化亞鐵被氧氣氧化生成氧化鐵和二氧化硫，化學(xué)方程式中定量關(guān)系和鹽酸化合價(jià)變化計(jì)算電子轉(zhuǎn)移總數(shù)來(lái)計(jì)算有12.0g FeS₂參加反應(yīng)，則發(fā)生轉(zhuǎn)移的電子數(shù)；
（4）①結(jié)合2Na₂SO₃+SO₂+H₂O═2NaHSO₃分析離子濃度，溶液pH約為6時(shí)，吸收SO₂的能力顯著下降，溶質(zhì)為NaHSO₃，則電離大于其水解．
②向pH約為6的吸收劑中通入足量的O₂，發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸鈉和硫酸，結(jié)合硫元素守恒計(jì)算，注意溶液體積變化．

解答 解：（1）在上面轉(zhuǎn)化過(guò)程中，硫元素被氧化的反應(yīng)是①4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2Fe₂O₃+8SO₂，反應(yīng)中硫元素化合價(jià)-1價(jià)變化為+4價(jià)升高被氧化，③反應(yīng)為2SO₂+O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃，反應(yīng)中硫元素化合價(jià)+4價(jià)變化為+6價(jià)被氧化，
故答案為：①③；
（2）反應(yīng)②中煉鐵的反應(yīng)為一氧化碳還原氧化銅鐵生成鐵和一氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2Fe+3CO₂，若用1000t含雜質(zhì)28%的礦渣煉鐵，理論上可得到含鐵96%的生鐵質(zhì)量為x，
       3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2Fe+3CO₂，
                160              112
  1000t×（1-28%）           96%x   
x=525
故答案為：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2Fe+3CO₂； 525；
（3）反應(yīng)①是硫鐵礦石中硫化亞鐵被氧氣氧化生成氧化鐵和二氧化硫，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2Fe₂O₃+8SO₂，反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移總數(shù)44e^-，反應(yīng)的FeS₂的質(zhì)量為480g，則若有12.0g FeS₂參加反應(yīng)，則發(fā)生轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為1.1mol，電子轉(zhuǎn)移總數(shù)6.62×10²³或1.1N_A，
故答案為：4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2Fe₂O₃+8SO₂； 6.62×10²³或1.1N_A；
（4）①由2Na₂SO₃+SO₂+H₂O═2NaHSO₃，c（SO₃^2-）的濃度是0.2mol•L^-1，則反應(yīng)的Na₂SO₃溶液為1.0mol/L-0.2mol/L=0.8mol/L，由反應(yīng)中的物質(zhì)的量關(guān)系可知，生成的c（HSO₃^-）為0.8mol/L×2=1.6mol/L；溶液中c（HSO₃^-）則電離大于其水解，溶液顯酸性，涉及平衡有HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-和HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-，HSO₃^-的電離程度大于其水解程度，
故答案為：1.6；HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-和HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-，HSO₃^-的電離程度大于其水解程度；
②向pH約為6的吸收劑中通入足量的O₂，發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸鈉和硫酸，發(fā)生的反應(yīng)為2NaHSO₃+O₂═Na₂SO₄+H₂SO₄，2Na₂SO₃+O₂=2Na₂SO₄，則硫元素守恒得到混合溶液中硫酸根離子濃度=$\frac{0.01L×0.2mol/L+0.01L×1.6mol/L}{0.02L}$=0.9mol/L，
c（Ba²⁺）=$\frac{1.08×1{0}^{-10}}{0.9mol/L}$=1.2×10^-10mol/L，則所用BaCl₂溶液的濃度不得低于2.4×10^-10mol/L，
故答案為：2.4×10^-10．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)分離提純、化學(xué)方程式計(jì)算、鹽類水解應(yīng)用、氧化還原反應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移等知識(shí)點(diǎn)，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．