Question

5．黃銅礦（CuFeS₂）是制取銅及其化合物的主要原料之一．如圖為模擬黃銅礦加工過程的流程圖，其中爐渣的主要成分是FeO、Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃．請(qǐng)回答下列問題：

（1）SO₂可用于工業(yè)制硫酸，傳統(tǒng)的硫酸制法反應(yīng)之一見下列熱化學(xué)方程式：
SO₂（g）+NO₂（g）SO₃（g）+NO（g）；△H＜0
①在恒溫密閉容器中，按物質(zhì)的量之比為2：1投入SO₂和NO₂，一定溫度下反應(yīng)達(dá)平衡，此時(shí)SO₂和NO₂的物質(zhì)的量之比變?yōu)?：1，則該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K=1．
②若其他初始條件相同，將恒溫容器改為絕熱容器，則達(dá)平衡時(shí)SO₂的轉(zhuǎn)化率與恒溫容器中的相比將變�。ㄌ睢白兇蟆�、“變小”或“不變”）．
（2）Cu₂S熔煉制取粗銅的反應(yīng)如下：
2Cu₂S（s）+3O₂（g）=2Cu₂O（s）+2SO₂（g）；△H=-768.2kJ•mol^-1
2Cu₂O（s）+Cu₂S（s）=6Cu（s）+SO₂（g）；△H=+116.0kJ•mol^-1
則總反應(yīng)Cu₂S（s）+O₂（g）=2Cu（s）+SO₂（g） 的△H=-217.4kJ/mol．
（3）已知：K_sp（PbS）=9.0×10^-29，K_sp（ZnS）=2.925×10^-25．粗銅電解精煉廢電解液中常含有Pb²⁺、Zn²⁺，向其中加入Na₂S溶液，當(dāng)有PbS和ZnS沉淀共存時(shí)，c（Zn²⁺）：c（Pb²⁺）=3250．
（4）溶液Ⅰ中Fe元素存在形式是Fe²⁺、Fe³⁺．從溶液Ⅰ→…→Fe（OH）₃的實(shí)驗(yàn)操作依次是：
氧化、調(diào)pH、過濾、洗滌…；檢驗(yàn)Fe（OH）₃是否洗凈的方法是取最后一次洗滌液，加入硝酸酸化，再加入硝酸銀溶液，若無沉淀產(chǎn)生，證明已洗凈．
（5）Na₂FeO₄和Zn可以組成堿性電池，其反應(yīng)的離子方程式為：
3Zn+2FeO₄^2-+8H₂O=3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4OH^-
請(qǐng)寫出放電時(shí)正極的電極反應(yīng)式2FeO₄^2-+6e^-+8H₂O=2Fe（OH）₃+10OH^-．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)反應(yīng)NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g），利用三段式求出平衡時(shí)的濃度，然后計(jì)算平衡常數(shù)；
②該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，在絕熱容器中，溫度升高，結(jié)合溫度對(duì)平衡的影響分析；
（2）利用蓋斯定律把分方程改寫在相加減得到目標(biāo)方程式；
（3）（4）根據(jù)c（Zn²⁺）：c（Pb²⁺）=$\frac{Ksp（Zns）}{Ksp（Pbs）}$計(jì)算；
（4）爐渣的主要成分是FeO、Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃，加鹽酸溶解溶液中含有Fe²⁺、Fe³⁺等；溶液中含有大量的氯離子，若沉淀沒有洗滌干凈，則洗液中會(huì)含有氯離子，用硝酸銀和稀硝酸檢驗(yàn)；
（5）依據(jù)原電池反應(yīng)，3Zn+2FeO₄^2-+8H₂O=3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4OH^-，正極上FeO₄^2-發(fā)生還原反應(yīng)．

解答 解：（1）①在恒溫密閉容器中，按物質(zhì)的量之比為2：1投入SO₂和NO₂，設(shè)SO₂為2mol，NO₂為1mol
                                SO₂（g）+NO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
起始物質(zhì)的量（mol） 2               1               0               0
轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量（mol） x               x               x                x
平衡物質(zhì)的量（mol） 2-x          1-x              x                x
一定溫度下反應(yīng)達(dá)平衡，此時(shí)SO₂和NO₂的物質(zhì)的量之比變?yōu)?：1，則（2-x）：（1-x）=4：1，故x=$\frac{2}{3}$，
故平衡常數(shù)為=$\frac{\frac{\frac{2}{3}}{V}×\frac{\frac{2}{3}}{V}}{\frac{\frac{4}{3}}{V}×\frac{\frac{1}{3}}{V}}$=1；
故答案為：1；
②該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，在絕熱容器中，溫度升高，反應(yīng)逆向進(jìn)行，轉(zhuǎn)化率減小，所以將恒溫容器改為絕熱容器，則達(dá)平衡時(shí)SO₂的轉(zhuǎn)化率與恒溫容器中的相比將變小；
故答案為：變��；
（2）2Cu₂S（s）+3O₂（g）=2Cu₂O（s）+2SO₂（g）；△H=-768.2kJ•mol^-1①
2Cu₂O（s）+Cu₂S（s）=6Cu（s）+SO₂（g）；△H=+116.0kJ•mol^-1②；
由蓋斯定律可知：①×$\frac{1}{3}$+②×$\frac{1}{3}$得到Cu₂S（s）+O₂（g）=2Cu（s）+SO₂（g），則其△H=-217.4kJ/mol；
故答案為：-217.4kJ/mol；
（3）C（Zn²⁺）：C（Pb²⁺）=$\frac{Ksp（Zns）}{Ksp（Pbs）}$=$\frac{9.0×1{0}^{-29}}{2.925×1{0}^{-25}}$=3250；
故答案為：3250；
（4）爐渣的主要成分是FeO、Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃，加鹽酸溶解溶液中含有Fe²⁺、Fe³⁺等，所以溶液Ⅰ中Fe元素存在形式是Fe²⁺、Fe³⁺；溶液中含有大量的氯離子，若沉淀沒有洗滌干凈，則沉淀表面會(huì)附著有氯離子，則洗液中也會(huì)含有氯離子，用硝酸銀和稀硝酸檢驗(yàn)，所以檢驗(yàn)Fe（OH）₃是否洗凈的方法是取最后一次洗滌液，加入硝酸酸化，再加入硝酸銀溶液，若無沉淀產(chǎn)生，證明已洗凈；
故答案為：Fe²⁺、Fe³⁺；取最后一次洗滌液，加入硝酸酸化，再加入硝酸銀溶液，若無沉淀產(chǎn)生，證明已洗凈；
（5）反應(yīng)原理為：3Zn+2FeO₄^2-+8H₂0═3Zn（OH）₂+2Fe（0H）₃+40H^-，正極電極反應(yīng)式為：2FeO₄^2-+6e^-+8H₂O=2Fe（OH）₃+10OH^-，
故答案為：2FeO₄^2-+6e^-+8H₂O=2Fe（OH）₃+10OH^-．

點(diǎn)評(píng) 本題考查學(xué)生閱讀題目獲取信息的能力、蓋斯定律的應(yīng)用、氧化還原反應(yīng)、原電池的工作原理的應(yīng)用，電極反應(yīng)，電極產(chǎn)物的判斷等，題目難度中等，要求學(xué)生要有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)和靈活運(yùn)用知識(shí)解決問題的能力．注意基礎(chǔ)知識(shí)的全面掌握．