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)過一系列反應，得到硫酸，焙燒后的礦渣用于煉鐵．其轉化過程如圖所示（部分條件、反應物和產(chǎn)物已略去）：

請回答下列問題：
（1）在上面轉化過程中，硫元素被氧化的反應是①③（填反應編號）．
（2）寫出反應②中煉鐵的化學方程式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①的化學方程式4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，若有12.0g FeS₂參加反應，則發(fā)生轉移的電子數(shù)為6.62×10²³．
（4）煙氣中SO₂的排放會造成酸雨，工業(yè)上常用Na₂SO₃溶液來吸收SO₂以減少對環(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�。�當溶液pH約為6時，吸收SO₂的能力顯著下降，此時溶液中c（SO₃^2-）的濃度是0.2mol•L^-1，則溶液中c（HSO₃^-）是1.6mol•L^-1．用化學平衡原理解釋此時溶液顯酸性的原因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時的吸收液中通入足量O₂充分反應．取反應后溶液10mL與10mLBaCl₂溶液混合，欲使混合時能生成沉淀，所用BaCl₂溶液的濃度不得低于2.4×10^-10mol•L^-1．[已知25℃時，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中化合價升高；
（2）反應②中煉鐵的反應為一氧化碳還原氧化銅鐵生成鐵和一氧化碳，結合化學方程式定量關系計算；
（3）反應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，化學方程式中定量關系和鹽酸化合價變化計算電子轉移總數(shù)來計算有12.0g FeS₂參加反應，則發(fā)生轉移的電子數(shù)；
（4）①結合2Na₂SO₃+SO₂+H₂O═2NaHSO₃分析離子濃度，溶液pH約為6時，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)生氧化還原反應生成硫酸鈉和硫酸，結合硫元素守恒計算，注意溶液體積變化．

解答 解：（1）在上面轉化過程中，硫元素被氧化的反應是①4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2Fe₂O₃+8SO₂，反應中硫元素化合價-1價變化為+4價升高被氧化，③反應為2SO₂+O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃，反應中硫元素化合價+4價變化為+6價被氧化，
故答案為：①③；
（2）反應②中煉鐵的反應為一氧化碳還原氧化銅鐵生成鐵和一氧化碳，反應的化學方程式為：3CO+Fe₂O₃$\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，反應的化學方程式為：4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2Fe₂O₃+8SO₂，反應中電子轉移總數(shù)44e^-，反應的FeS₂的質(zhì)量為480g，則若有12.0g FeS₂參加反應，則發(fā)生轉移的電子數(shù)為1.1mol，電子轉移總數(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，則反應的Na₂SO₃溶液為1.0mol/L-0.2mol/L=0.8mol/L，由反應中的物質(zhì)的量關系可知，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)生氧化還原反應生成硫酸鈉和硫酸，發(fā)生的反應為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．

點評 本題考查了物質(zhì)分離提純、化學方程式計算、鹽類水解應用、氧化還原反應的電子轉移等知識點，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．