Question

【題目】為了保護(hù)環(huán)境，充分利用資源，某研究小組通過如下簡化流程，將工業(yè)制硫酸的硫鐵礦燒渣(鐵主要以Fe2O3存在)轉(zhuǎn)變成重要的化工原料FeSO4(反應(yīng)條件略)。

活化硫鐵礦的主要成份是FeS2。請回答下列問題：

（1）第Ⅰ步H2SO4與Fe2O3反應(yīng)的離子方程式是_______________________________。

（2）第Ⅱ步中硫鐵礦中的S被氧化到最高價態(tài)，相應(yīng)的離子方程式為______________________。

（3）第Ⅱ步中檢驗(yàn)Fe3＋是否被完全還原的實(shí)驗(yàn)方法是____________________________________。

（4）第Ⅲ步加FeCO3調(diào)溶液pH到5.8左右，然后在第Ⅳ步通入空氣使溶液pH降到5.2，此時Fe2＋不沉淀，濾液中鋁、硅雜質(zhì)被除盡。通入空氣引起溶液pH降低的原因是_________________________。

（5）FeSO4在一定條件下可制得FeS2(二硫化亞鐵)納米材料。該材料可用于制造高容量鋰電池，電池放電時的總反應(yīng)為4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S，正極反應(yīng)式是________________。

Answer 1

【答案】Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O FeS2＋14Fe3＋＋8H2O===15Fe2＋＋16H＋+2SO42— 取少量溶液于一潔凈試管中，向其中加入少量KSCN溶液，若溶液不出現(xiàn)紅色，則Fe3＋被完全還原，否則沒有 Fe2＋被氧化為Fe3＋，F(xiàn)e3＋水解產(chǎn)生H＋。（或?qū)懗龇匠淌?Fe2＋＋O2+10H2O=4Fe(OH)3↓+8H+） FeS2＋4Li＋＋4e－===Fe＋2Li2S或FeS2＋4e－===Fe＋2S2－

【解析】

試題本題以硫鐵礦燒渣為原料制備FeSO4的流程為載體，考查方程式的書寫，Fe3+的檢驗(yàn)，Fe3+的氧化性和Fe3+的水解，電極反應(yīng)式的書寫。

（1）第I步H2SO4與Fe2O3反應(yīng)生成Fe2（SO4）3和H2O，反應(yīng)的離子方程式為Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O。

（2）第I步獲得的濾液為Fe2（SO4）3，第II步加入活化硫鐵礦，硫鐵礦中的S被氧化到最高價態(tài)，即硫鐵礦中的S被氧化成SO42-，則Fe3+被還原成Fe2+，寫出主要反應(yīng)物和生成物：FeS2+Fe3+→Fe2++SO42-，在反應(yīng)中S元素的化合價由-1價升至+6價，F(xiàn)eS2中兩個S共升高14價，F(xiàn)e元素的化合價由+3價降至+2價，根據(jù)元素化合價升降總數(shù)相等配平：FeS2+14Fe3+→15Fe2++2SO42-，根據(jù)原子守恒和溶液呈酸性配平，FeS2+14Fe3++8H2O=15Fe2++2SO42-+16H+。

（3）檢驗(yàn)Fe3+是否被完全還原用KSCN溶液，實(shí)驗(yàn)方法是：取少量溶液于一潔凈試管中，向其中加入少量KSCN溶液，若溶液不出現(xiàn)紅色，則Fe3＋被完全還原，否則沒有。

（4）通入空氣會將溶液中Fe2+氧化成Fe3+，F(xiàn)e3+水解產(chǎn)生H+，溶液的pH下降。反應(yīng)的方程式為4Fe2++O2+10H2O=4Fe（OH）3+8H+。

（5）分析電池總反應(yīng)，Li元素的化合價由0價升至+1價，負(fù)極反應(yīng)式為Li-e-=Li+；Fe元素的化合價由+2價降至0價，S元素的化合價由-1價降至-2價，1molFeS2得到4mol電子，正極反應(yīng)式為FeS2+4e-=Fe+2S2-。