Question

【题目】聚合硫酸铁(PFS) 是一种高效的无机高分子絮凝剂。某工厂利用经浮选的硫铁矿烧渣 (有效成分为Fe2O3和Fe3O4) 制备PFS，其工艺流程如下图所示。

（1）“还原焙烧”过程中，CO还原Fe3O4生成FeO的热化学方程式为___________________________。

已知：Fe3O4(s)+C(s)=3FeO(s)+CO(g) ΔH1= 191.9kJ·mol-1

C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH2=-393.5kJ·mol-1

C(s)+CO2(g) =2CO(g) ΔH3= 172.5kJ·mol-1

（2）CO是“还原焙烧" 过程的主要还原剂。下图中，曲线表示4个化学反应a、b、c、d达到平衡时气相组成和温度的关系，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别是Fe2O3、Fe3O4、FeO、Fe稳定存在的区域。a属于_________（填“吸热反应”或“放热反应”）；570℃时，d反应的平衡常数K=_________________。

（3）工业上，“还原培烧”的温度一般控制在800℃左右，温度不宜过高的理由是____________________。

（4）若“酸浸”时间过长，浸出液中Fe2+含量反而降低，主要原因是___________________________。

（5）已知：25℃时，Ksp[Fe(OH)2]=1.0×10-17, Ksp[Fe(OH)3]=1.0×10-39,若浸出液中c(Fe2+) =10-1.8mol·L-1，为避免“催化氧化”过程中产生Fe(OH)3，应调节浸出液的pH≤_____________。

（6）FeSO4溶液在空气中会缓慢氧化生成难溶的Fe(OH)SO4，该反应的离子方程式为_________________________。“催化氧化”过程用NaNO2作催化剂（NO起实质上的催化作用）时，温度与Fe2+转化率的关系如右图所示（反应时间相同），Fe2+转化率随温度的升高先上升后下降的原因是_______________________________。

Answer 1

【答案】 Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2(g) ΔH= 19.4kJ·mol-1 放热反应 1 浪费能量，且FeO易被还原成Fe（或其他合理答案） Fe2+易被空气中的O2氧化咸Fe3+（或其他合理答案） 1.6 4SO42-+ 4Fe2++O2+2H2O=4Fe(OH)SO4↓ 温度升高，反应速率增大；温度过高，NO气体逸出，转化率下降（或其他合理答案）

【解析】（1）Fe3O4(s)+C(s)=3FeO(s)+CO(g) ΔH1= 191.9kJ·mol-1、C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH2=-393.5kJ·mol-1、C(s)+CO2(g) =2CO(g) ΔH3= 172.5kJ·mol-1根据盖斯定律ΔH1-ΔH3=ΔH= 191.9kJ·mol-1-172.5kJ·mol-1，Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2(g) ΔH= 19.4kJ·mol-1 ；（2）a随温度的升高，CO%增大，平衡逆向移动，a属于放热反应；570℃时，d反应的平衡常数K=c4(CO2)/c4(CO)==054/0.54= 1。（3）工业上，“还原培烧”的温度一般控制在800℃左右，温度不宜过高的理由是：浪费能量，且FeO易被还原成Fe（或其他合理答案）；（4）若“酸浸”时间过长，浸出液中Fe2+含量反而降低，主要原因是; Fe2+易被空气中的O2氧化咸Fe3+（或其他合理答案）；（5）已知：25℃时，Ksp[Fe(OH)2]=1.0×10-17, Ksp[Fe(OH)3]=1.0×10-39,若浸出液中c(Fe2+) =10-1.8mol·L-1，全氧化时c(Fe3+) =10-1.8mol·L-1，为避免“催化氧化”过程中产生Fe(OH)3，c3（OH－）=Ksp[Fe(OH)3]/c(Fe3+)=1.0×10-39/10-1.8=10-37.2，c（OH－）=10-12.4mol·L-1，c(H＋)=10-1.6mol·L-1，应调节浸出液的pH≤1.6；（6）FeSO4溶液在空气中会缓慢氧化生成难溶的Fe(OH)SO4，反应的离子方程式为 4SO42-+ 4Fe2++O2+2H2O=4Fe(OH)SO4↓ ；从图可知，70℃为最佳温度，Fe2+转化率随温度的升高先上升后下降的原因是： 温度升高，反应速率增大；温度过高，NO气体逸出，转化率下降（或其他合理答案）。