Question

某科研人员设计出将硫酸渣（主要成分Fe₂O₃，含有少量的SiO₂等杂质）再利用的流程。流程中的滤液经过多次循环后用来后续制备氧化铁粉末。

 

（1）为了加快反应①的反应速率，可采用的措施是          。（写出一点即可）

（2）“还原”是将Fe^3＋转化为Fe^2＋。在温度T₁ 、T₂（T₁ ＞T₂）下进行该反应，通过检测相同时间内溶液的pH，绘制pH随时间的变化曲线如右图所示。得出结论：该反应的温度不宜过高。

①通入SO₂气体“还原”时， 试解释pH下降的原因是        。

②相同时间内，T₁温度下溶液的pH更高的原因是         。

（3）该流程中循环使用的物质是       。

（4）为测定反应①后溶液中Fe^3＋的浓度以控制加入SO₂的量。实验步骤为：准确量取20.00ml的反应后溶液，稀释成100mL溶液，取10.00 mL溶液，加入足量的KI晶体和2～3滴淀粉溶液，用0.50mol/L的Na₂S₂O₃溶液与碘反应，当反应恰好完全进行时，共消耗Na₂S₂O₃溶液20.00 mL。有关反应方程式如下：2Fe^3＋＋2I^－＝2Fe^2＋＋I₂；   2Na₂S₂O₃ + I₂ ＝ Na₂S₄O₆ + 2NaI

试计算原溶液中Fe^3＋的物质的量浓度(写出计算过程)。

Answer

（1）将硫酸渣粉碎、适当增大硫酸的浓度、升高温度、搅拌等；

（2）①Fe3＋将SO2的水溶液（H2SO3）氧化为H2SO4；②温度过高， SO2的溶解度下降；

（3）H2SO4 ；

（4）由反应式可得关系：Fe3＋～Na2S2O3

n(Fe3＋)=n(Na2S2O3)=20.00×10-3 L×0.50mol/L×10=0.1 mol；

∴ c(Fe3＋)==5．0mol/L ；

【解析】

试题分析：（1）结合影响反应速率的因素，固体在酸溶时，可通过固体粉碎、升高温度、搅拌、提高硫酸的浓度来提高反应速率，故答案为：将硫酸渣粉碎、适当增大硫酸的浓度、升高温度、搅拌等；

（2）①Fe3+将SO2的水溶液（H2SO3）氧化为H2SO4，故溶液的pH会逐渐减少，也就是溶液的酸性增强，故答案为：Fe3+将SO2的水溶液（H2SO3）氧化为H2SO4；              

②温度升高，可以加快反应速率，但气体的溶解度却减小了，参加反应的SO2的量减少，故相同时间内，T1温度下溶液的pH更高，故答案为：温度过高，SO2的溶解度下降；

（3）从流程图中可看出，可循环利用的物质是H2SO4，故答案为：H2SO4；

（4）由反应式可得关系：Fe3+～Na2S2O3，n（Fe3+）=n（Na2S2O3）=20.00×10-3 L×0.50mol/L×10=0.1 mol∴c（Fe3+）==5.0mol/L，答：原溶液铁离子浓度为5.0mol/L。

考点：考查了化学反应速率和化学平衡的图像、化学计算、物质制备的工艺流程的相关知识。