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：
Ⅰ、（1）在一定条件下，SO₂转化为SO₃的化学反应为2SO₂（g）+O₂（g）

△

2SO₃（g），该反应的平衡常数表达式为K=

 

；过量的SO₂与NaOH溶液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）通氯气氧化时，发生的主要反应的离子方程式为

 

；该过程产生的尾气可用碱溶液吸收，尾气中污染空气的气体为

 

（写化学式）．
Ⅱ、已知：CuCl₂溶液中含有少量杂质FeCl₂，为制备纯净的CuCl₂?2H₂O晶体，拟定实验步骤如图所示：

请回答下列问题：
（4）步骤Ⅰ中，将Fe²⁺转化为Fe³⁺最好选用下列氧化剂中的

 

（填字母）
A．K₂Cr₂O₇　             B．NaClO　               C．H₂O₂
该反应的离子方程式为

 

（5）在步骤Ⅱ中，加入Y的目的是为了调节溶液的酸度以促使Fe³⁺沉淀完全，Y可以是下列物质中的

 

（填字母）．
A．NaOH                 B．Cu                    C．Cu₂（OH）₂CO₃
（6）步骤Ⅲ应控制的实验条件是

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：（1）依据化学平衡常数概念写出计算式；用平衡状态下生成物浓度的幂次方乘积除以反应物浓度的幂次方乘积；过量二氧化硫和氢氧化钠溶液反应生成亚硫酸氢钠；
（2）原料中的硫化亚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亚铁；
（3）氯气是强氧化剂，可以氧化亚铁离子；尾气依据流程图分析判断，有氯气和盐酸挥发出的氯化氢气体；
（4）根据需要，反应不能引进杂质离子，H₂O₂是绿色氧化剂，据此回答；
（5）调节溶液的酸度以促使Fe³⁺沉淀完全，但是铜离子不沉淀，加入的试剂可以和氢离子反应，但是不能引进杂质离子；
（6）氯化铜溶液中铜离子易水解，应该在酸性环境下进行操作，得到氯化铜晶体．

解答： 解：Ⅰ、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：硫铁矿通入空气焙烧可以得到铁的氧化物和二氧化硫气体，向固体物质中加入盐酸，过滤，可以得到氯化亚铁和氯化铁的混合液，向其中通入氯气，能将亚铁离子氧化为铁离子，得到氯化铁的水溶液，铁离子易水解，在酸性环境下，将溶液蒸发浓缩、冷却结晶，过滤、洗涤、干燥即可得到氯化铁晶体，
（1）在一定条件下，SO₂转化为SO₃的反应为2SO₂+O₂

催化剂

△

2SO₃，该反应的平衡常数表达式为K=

c2(SO3)

c(O2)?c2(SO2)

；过量的SO₂与NaOH溶液反应的化学方程式为：SO₂+NaOH=NaHSO₃；
故答案为：

c2(SO3)

c(O2)?c2(SO2)

；SO₂+NaOH=NaHSO₃；
（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；
故答案为：提高铁元素的浸出率；抑制Fe³⁺水解；
（3）通氯气氧化后时，氯气氧化亚铁离子为铁离子，发生的主要反应的离子方程式为：Cl₂+2Fe²⁺=2Cl^-+2Fe³⁺；该过程产生的尾气可用碱溶液吸收，尾气中污染空气的气体为过量的氯气和盐酸溶液中挥发出的氯化氢气体；
故答案为：Cl₂+2Fe²⁺═2Cl^-+2Fe³⁺；Cl₂，HCl；
Ⅱ、CuCl₂溶液中含有少量杂质FeCl₂，为制备纯净的CuCl₂?2H₂O晶体，实验原理是：向混合溶液中加入氧化剂，将亚铁离子氧化为铁离子，但是选择的氧化剂不能引入杂质离子，然后调节pH，是铁离子完全沉淀，但是铜离子不沉淀，得到氯化铜溶液，铜离子易水解，然后在酸性环境下，将溶液蒸发浓缩、冷却结晶，过滤、洗涤、干燥即可得到氯化铜晶体，
（4）K₂Cr₂O₇、NaClO将亚铁离子氧化的同时都会引进杂质离子，但是H₂O₂是绿色氧化剂，不会引进杂质离子，所以选C，反应的原理为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，故答案为：C；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
（5）在步骤Ⅱ中，加入Y的目的是为了调节溶液的酸度以促使Fe³⁺沉淀完全，但是铜离子不沉淀，加入的试剂可以和氢离子反应，但是不能引进杂质离子，可以是氧化铜、碱式碳酸铜，碳酸铜或是氢氧化铜等，故答案为：C；
（6）氯化铜溶液中铜离子易水解，应该在酸性环境下，将溶液蒸发浓缩、冷却结晶，过滤、洗涤、干燥，得到氯化铜晶体，
故答案为：将溶液在较低温度下加热蒸发析出晶体，同时通入氯化氢气体防止水解．

点评：本题考查了化学平衡的平衡常数计算式书写，流程步骤中的操作目的和反应现象、反应产物的分析判断，尾气的成分判断和处理方法，题目难度中等．