Question

以硫铁矿（主要成分为FeS₂）为原料制备氯化铁晶体（FeC1₃·6H₂O）的工艺流程如下：

请按要求回答下列问题：

（1）需将硫铁矿粉碎再焙烧的目的是________________。

（2）酸溶及后续过程中均需保持盐酸过量，其目的是____________、________________。

（3）氧化剂Y可以是Cl₂或_______，其各自的优点是_____________、_______________。

（4）尾气主要含N₂、O₂、气体Z和少量的CO₂、H₂O。取标准状况下的VL尾气测定其中气体Z含量的方案如下：

【方案一】：将尾气缓慢通过如下装置A中：

①C仪器的名称是_______________，该装置的作用是______________。

②实验时先通入尾气，再通入一定量氮气，通过B装置的增重来测量气体Z的体积分数，请写出该方案合理与否的理由___________________。

【方案二】：将尾气缓慢通过如上装置D中，充分与足量试剂M反应后，再滴入过量试剂N，经过滤、洗涤、干燥、称量，得沉淀质量为mg。

③若试剂M、N分别是溴水、BaCl₂溶液，写出方案所涉及反应的离子方程式：_________________、______________。

写出气体Z的体积百分含量的表达式是（用含m、V的代数式表示）_____________________。

④若试剂M、N分别是NaHCO₃溶液、BaCl₂溶液，所得沉淀的化学式为________。

⑤若试剂M是Ba（NO₃）₂溶液，不再滴加试剂N，观察到D中生成的无色气体在瓶口处变为红棕色。写出溶液中反应的离子方程式：________________。

Answer

（1）增大反应物的接触面积，加快反应速率（1分）；

（2）提高铁元素的浸出率（1分）；抑制Fe3+水解（1分）；

（3）H2O2（1分）；用氯气氧化原子利用率高；用H2O2氧化无污染且不引入新杂质（2分，合理即可给分）

（4）①干燥管（1分）；防止空气中的水蒸气、CO2被B装置吸收（1分）；

②该方案不合理，因为尾气中的CO2也能被B装置中的碱石灰吸收，致使所测气体Z即二氧化硫的体积分数偏大（1分）；

③SO2+Br2+2H2O=SO42-+2Br-+4H+（2分）

Ba2++SO42-=BaSO4↓（2分）；[2240m/（233 V）]%（2分）

④BaSO3（1分）

⑤3SO2+3Ba2++2NO3-+2H2O=3BaSO4+2NO↑+4H+ （2分）

【解析】

试题分析：（1） 硫铁矿粉煅烧需将硫铁矿粉碎后再焙烧的目的是增大反应物的接触面积，加快反应速率；（2） 酸溶及后续过程中均需保持盐酸过量，使溶液保持酸性，目的是提高铁元素的浸出率，同时也可以抑制Fe3+水解；（3） 氧化剂Y可以是Cl2或H2O2，其各自的优点是用氯气氧化原子利用率高；用H2O2氧化无污染且不引入新杂质；（4）①C仪器的名称是干燥管；该装置的作用是吸收空气中的CO2和水蒸气，防止空气中的水蒸气、CO2被B装置吸收造成实验误差；②实验时先通入尾气，再通入一定量氮气，通过B装置的增重来测量气体Z的体积分数，该方案不合理，这是由于硫铁矿煅烧时其中含有的S元素被氧化产生SO2，尾气中的CO2及SO2都能被B装置中的碱石灰吸收，致使所测气体Z即二氧化硫的体积分数偏大；③若试剂M、N分别是溴水、BaCl2溶液，溴水中的Br2具有强的氧化性，可以将其中含有的SO2氧化产生硫酸，反应的离子方程式是：SO2+Br2+2H2O=SO42-+2Br-+4H+，硫酸与BaCl2溶液发生复分解反应产生BaSO4白色沉淀，该反应的离子方程式是Ba2++SO42-=BaSO4↓；N中产生BaSO4沉淀的质量是mg，则n（SO2）=n（BaSO4）=mg÷233g/mol=m/233mol，则SO2在标准状况下的体积是V（SO2）=n·Vm=m/233mol×22.4L/mol=22.4m/233L；由于混合气体的体积是VL，所以SO2气体的体积百分含量的表达式是（22.4m/233L÷VL）×100%=[2240m/（233 V）]%；④若试剂M、N分别是NaHCO3溶液、BaCl2溶液，SO2在水中溶解产生H2SO3，由于NaHCO3是强碱弱酸盐，水溶液显碱性，与亚硫酸反应会产生SO32-，然后与加入的BaCl2溶液电离产生的Ba2+发生沉淀反应产生BaSO3沉淀，所以所得沉淀的化学式为BaSO3；⑤若试剂M是Ba（NO3）2溶液，不再滴加试剂N，由于在酸性条件下NO3-表现强的氧化性，会把SO2氧化产生H2SO4，又继续发生反应：Ba2++SO42-=BaSO4↓，故会观察到D中产生白色沉淀，NO3-被还原产生无色的NO气体，在瓶口处变为红棕色NO2。在溶液中反应的离子方程式是3SO2+3Ba2++2NO3-+2H2O=3BaSO4+2NO↑+4H+。

考点：考查物质制备工艺流程的知识。