Question

17．以硫鐵礦（主要成分為FeS₂）為原料制備氯化鐵晶體（FeC1₃•6H₂O）的工藝流程如圖1：

請按要求回答下列問題：
（1）需將硫鐵礦粉碎再焙燒的目的是增大反應(yīng)物的接觸面積，加快反應(yīng)速率．
（2）酸溶及后續(xù)過程中均需保持鹽酸過量，其目的是提高鐵元素的浸出率、抑制Fe³⁺水解．
（3）氧化劑Y可以是Cl₂或H₂O₂，其各自的優(yōu)點是用氯氣氧化原子利用率高、用H₂O₂氧化無污染且不引入新雜質(zhì)．
（4）尾氣主要含N₂、O₂、氣體Z和少量的CO₂、H₂O．取標準狀況下的VL尾氣測定其中氣體Z含量的方案如下：
【方案一】：將尾氣緩慢通過如圖2裝置A中：

①C儀器的名稱是干燥管，該裝置的作用是防止空氣中的水蒸氣、CO₂被B裝置吸收．
②實驗時先通入尾氣，再通入一定量氮氣，通過B裝置的增重來測量氣體Z的體積分數(shù)，請寫出該方案合理與否的理由該方案不合理，因為尾氣中的CO₂也能被B裝置中的堿石灰吸收，致使所測氣體Z即二氧化硫的體積分數(shù)偏大．
【方案二】：將尾氣緩慢通過如上裝置D中，充分與足量試劑M反應(yīng)后，再滴入過量試劑N，經(jīng)過濾、洗滌、干燥、稱量，得沉淀質(zhì)量為mg．
③若試劑M、N分別是溴水、BaCl₂溶液，寫出方案二涉及反應(yīng)的離子方程式：SO₂+Br₂+2H₂O=SO₄^2-+2Br^-+4H⁺、Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓．
寫出氣體Z的體積百分含量的表達式是（用含m、V的代數(shù)式表示）$\frac{2240m}{233V}$%．
④若試劑M、N分別是NaHCO₃溶液、BaCl₂溶液，所得沉淀的化學式為BaSO₃．
⑤若試劑M是Ba（NO₃）₂溶液，不再滴加試劑N，觀察到D中生成的無色氣體在瓶口處變?yōu)榧t棕色．寫出溶液中反應(yīng)的離子方程式：3SO₂+3Ba²⁺+2NO₃^-+2H₂O=3BaSO₄+2NO↑+4H⁺．

Answer 1

分析 硫鐵礦在空氣中焙燒，發(fā)生的反應(yīng)為4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，將得到的固體酸溶，發(fā)生的反應(yīng)為
Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，然后過濾，向濾液中加入氧化劑X將亞鐵離子氧化生成鐵離子，不能移入新雜質(zhì)，可以是氯氣或過氧化氫，然后將溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾得到晶體FeCl₃•6H₂O，過量的鹽酸可以抑制鐵離子水解．
（1）將硫鐵礦粉碎，增大反應(yīng)物的接觸面積；
（2）加入過量的酸，提高鐵元素的浸出率，抑制Fe³⁺水解；
（3）用氯氣氧化原子利用率高；用H₂O₂氧化無污染且不引入新雜質(zhì)；
（4）①儀器C為干燥管，吸收空氣中的水蒸氣、CO₂，防止被B裝置吸收；
②尾氣中的CO₂也能被B裝置中的堿石灰吸收，二氧化硫的體積分數(shù)偏大；
③若試劑M、N分別是溴水、BaCl₂溶液，溴與二氧化硫在溶液中反應(yīng)生成硫酸與HBr，硫酸與氯化鋇反應(yīng)生成硫酸鋇與HCl；
沉淀mg為硫酸鋇的質(zhì)量，根據(jù)S原子守恒計算二氧化硫的體積，進而計算二氧化硫的體積百分含量；
④若試劑M、N分別是NaHCO₃溶液、BaCl₂溶液，二氧化硫與碳酸氫鈉在溶液中反應(yīng)生成亞硫酸鈉，亞硫酸鈉與氯化鋇反應(yīng)生成亞硫酸鋇；
⑤若試劑M是Ba（NO₃）₂溶液，不再滴加試劑N，二氧化硫溶于水呈酸性，酸性條件下硝酸根具有強氧化性，將亞硫酸氧化為硫酸，硫酸反應(yīng)生成硫酸鋇沉淀，硝酸根被還原為NO．

解答 解：硫鐵礦在空氣中焙燒，發(fā)生的反應(yīng)為4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，將得到的固體酸溶，發(fā)生的反應(yīng)為
Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，然后過濾，向濾液中加入氧化劑X將亞鐵離子氧化生成鐵離子，不能移入新雜質(zhì)，可以是氯氣或過氧化氫，然后將溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾得到晶體FeCl₃•6H₂O，過量的鹽酸可以抑制鐵離子水解．
（1）將硫鐵礦粉碎再焙燒的目的是：增大反應(yīng)物的接觸面積，加快反應(yīng)速率，
故答案為：增大反應(yīng)物的接觸面積，加快反應(yīng)速率；
（2）加入過量的酸，提高鐵元素的浸出率，抑制Fe³⁺水解，
故答案為：提高鐵元素的浸出率；抑制Fe³⁺水解；
（3）加入氧化劑將亞鐵離子氧化為鐵離子，不能移入新雜質(zhì)，氧化劑Y可以是Cl₂或H₂O₂，其各自的優(yōu)點是：用氯氣氧化原子利用率高，用H₂O₂氧化無污染且不引入新雜質(zhì)，
故答案為：H₂O₂；用氯氣氧化原子利用率高；用H₂O₂氧化無污染且不引入新雜質(zhì)；
（4）①儀器C為干燥管，吸收空氣中的水蒸氣、CO₂，防止被B裝置吸收，避免影響二氧化硫測定，
故答案為：干燥管；防止空氣中的水蒸氣、CO₂被B裝置吸收；
②尾氣中的CO₂也能被B裝置中的堿石灰吸收，致使所測氣體Z即二氧化硫的體積分數(shù)偏大，該實驗方案不合理，
故答案為：該方案不合理，因為尾氣中的CO₂也能被B裝置中的堿石灰吸收，致使所測氣體Z即二氧化硫的體積分數(shù)偏大，
③若試劑M、N分別是溴水、BaCl₂溶液，溴與二氧化硫在溶液中反應(yīng)生成硫酸與HBr，硫酸與氯化鋇反應(yīng)生成硫酸鋇與HCl，反應(yīng)離子方程式為：SO₂+Br₂+2H₂O=SO₄^2-+2Br^-+4H⁺、Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓，
沉淀mg為硫酸鋇的質(zhì)量，根據(jù)S原子守恒，二氧化硫的體積為$\frac{mg}{233g/mol}$×22.4L/mol=$\frac{22.4m}{233}$L，二氧化硫的體積百分含量為$\frac{\frac{22.4m}{233}L}{VL}$×100%=$\frac{2240m}{233V}$%，
故答案為：SO₂+Br₂+2H₂O=SO₄^2-+2Br^-+4H⁺、Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓；$\frac{2240m}{233V}$%；
④若試劑M、N分別是NaHCO₃溶液、BaCl₂溶液，二氧化硫與碳酸氫鈉在溶液中反應(yīng)生成亞硫酸鈉，亞硫酸鈉與氯化鋇反應(yīng)生成亞硫酸鋇，所得沉淀為：BaSO₃，
故答案為：BaSO₃；
⑤若試劑M是Ba（NO₃）₂溶液，不再滴加試劑N，二氧化硫溶于水呈酸性，酸性條件下硝酸根具有強氧化性，將亞硫酸氧化為硫酸，硫酸反應(yīng)生成硫酸鋇沉淀，硝酸根被還原為NO，反應(yīng)中離子方程式為：3SO₂+3Ba²⁺+2NO₃^-+2H₂O=3BaSO₄+2NO↑+4H⁺，
故答案為：3SO₂+3Ba²⁺+2NO₃^-+2H₂O=3BaSO₄+2NO↑+4H⁺．

點評 本題考查物質(zhì)準備工藝流程、物質(zhì)含量測定、對試劑的分析評價、實驗方案評價、離子方程式書寫等，熟練掌握元素化合物性質(zhì)，是對對學生綜合能力的考查．