Question

以硫铁矿（主要成分为FeS₂）为原料制备氯化铁晶体（FeCl₃?6H₂O）的工艺流程如下：

回答下列问题：
（1）煅烧时粉碎硫铁矿的目的是

 

，该反应的化学方程式为

 

．
（2）酸溶及后续过程中均需保持盐酸过量，其目的是

 

．
（3）操作a为

 

、过滤、洗涤、干燥，获得FeCl₃?6H₂O．
（4）焙烧产生的二氧化硫可以用来生产硫酸，其中利用催化氧化反应将SO₂转化为SO₃是一个关键步骤．压强及温度对SO₂转化率的影响如表：

压强/KPa 温度/℃	0.1	0.5	1	10
400	99.2%	99.6%	99.7%	99.9%
500	93.5%	96.9%	97.8%	99.3%
600	73.7%	85.8%	89.5%	96.4%

①根据表中的数据判断该反应的正向属于

 

（填“放热”或“吸热”）反应，理由是

 

．
②在400～500℃时，SO₂的催化氧化采用常压而不是高压，主要原因是

 

；
（5）计算每生产1万吨98%硫酸所需要含80% FeS₂的

 

吨（假设反应过程中硫的利用率为90%，结果保留一位小数）．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,制备实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：根据流程，黄铁矿在高温下煅烧可以得到铁的氧化物，将其溶于盐酸中，可以得到含有亚铁离子、铁离子的盐溶液，向其中通入氯气，能将亚铁离子氧化为铁离子，氯化铁溶液蒸发浓缩、冷却结晶就可以得到氯化铁的晶体．
（1）煅烧时粉碎硫铁矿的目的是增大接触面积增大反应速率，提高原理利用率；依据流程可知反应物为FeS₂和氧气，生成物为二氧化硫和铁的氧化物，据此写出反应的方程式；
（2）煅烧后生成的氧化铁与盐酸反应生成氯化铁，酸浸后生成的氯化铁是目标物质，加入过量盐酸是抑制铁离子的水解，使更多的铁元素转化为氯化铁；
（3）由溶液获得晶体需加热蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；
（4）①采取控制变量法，压强一定，分析温度对平衡的影响，由表中数据可知，压强一定时，温度升高时，SO₂的转化率降低，说明升高温度有利于平衡向逆反应移动；
②由表中数据可知，增大压强对SO₂的转化率影响不大，同时增大成本；
（5）根据S元素守恒，利用关系式计算．

解答： 解：黄铁矿在高温下煅烧可以得到铁的氧化物，将其溶于盐酸中，可以得到含有亚铁离子、铁离子的盐溶液，向其中通入氯气，能将亚铁离子氧化为铁离子，氯化铁溶液蒸发浓缩、冷却结晶就可以得到氯化铁的晶体．
（1）煅烧时粉碎硫铁矿的目的是增大接触面积增大反应速率，提高原理利用率；依据流程可知反应物为FeS₂和氧气，生成物为二氧化硫和氧化铁，反应的方程式为：4FeS₂+11O₂

高温  .

2Fe₂O₃+8SO₂，故答案为：增大反应物的接触面积，提高原料的利用率；4FeS₂+11O₂

高温  .

2Fe₂O₃+8SO₂；
（2）酸溶及后续过程中均需保持盐酸过量，其目的是使氧化铁溶解为氯化铁，抑制铁离子的水解；
故答案为：提高铁元素的浸出率；抑制Fe³⁺水解；
（3）由溶液获得晶体一般需要蒸发浓缩、冷却晶体、过滤、洗涤、干燥；
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶；
（4）①由表中数据可知，压强一定时，温度升高时，SO₂的转化率降低，说明升高温度有利于平衡向逆反应移动，故正反应为放热反应，
故答案为：放热；压强一定时，温度升高，SO₂转化率下降，说明升温平衡逆向移动，则正向放热；
②由表中数据可知，增大压强对SO₂的转化率影响不大，同时增大成本，故通常采取采用常压而不是高压，
故答案为：在常压、400～500℃时SO₂的转化率已经很高，若加压会增大对设备的要求、增大投资和能源消耗；
（5）反应的关系式为：FeS₂～2SO₂～2SO₃～2H₂SO₄，
设生产1万吨98%硫酸所需要含80% FeS₂质量为x，
FeS₂～2SO₂～2SO₃～2H₂SO₄
120               196
x×80%×90%  1×10⁴t×98%
x=

120×1×104t×98%

196×80%×90%

=8333.3t，
故答案为：8333.3．

点评：本题考查了物质分离和提纯的方法，实验操作，流程分析，化学平衡的移动及有关计算，掌握物质性质和除杂原则是解题关键，计算时利用关系式可简化计算过程．