Question

以硫鐵礦（主要成分為FeS₂）為原料制備氯化鐵晶體（FeCl₃?6H₂O）的工藝流程如下：

回答下列問題：
Ⅰ、（1）在一定條件下，SO₂轉化為SO₃的化學反應為2SO₂（g）+O₂（g）

△

2SO₃（g），該反應的平衡常數表達式為K=

 

；過量的SO₂與NaOH溶液反應的化學方程式為

 

．
（2）酸溶及后續(xù)過程中均需保持鹽酸過量，其目的是

 

、

 

．
（3）通氯氣氧化時，發(fā)生的主要反應的離子方程式為

 

；該過程產生的尾氣可用堿溶液吸收，尾氣中污染空氣的氣體為

 

（寫化學式）．
Ⅱ、已知：CuCl₂溶液中含有少量雜質FeCl₂，為制備純凈的CuCl₂?2H₂O晶體，擬定實驗步驟如圖所示：

請回答下列問題：
（4）步驟Ⅰ中，將Fe²⁺轉化為Fe³⁺最好選用下列氧化劑中的

 

（填字母）
A．K₂Cr₂O₇　             B．NaClO　               C．H₂O₂
該反應的離子方程式為

 

（5）在步驟Ⅱ中，加入Y的目的是為了調節(jié)溶液的酸度以促使Fe³⁺沉淀完全，Y可以是下列物質中的

 

（填字母）．
A．NaOH                 B．Cu                    C．Cu₂（OH）₂CO₃
（6）步驟Ⅲ應控制的實驗條件是

 

．

Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用

專題：實驗設計題

分析：（1）依據化學平衡常數概念寫出計算式；用平衡狀態(tài)下生成物濃度的冪次方乘積除以反應物濃度的冪次方乘積；過量二氧化硫和氫氧化鈉溶液反應生成亞硫酸氫鈉；
（2）原料中的硫化亞鐵酸浸后生成的氯化鐵是目標物質，加入過量鹽酸是抑制鐵離子的水解，使更多的鐵元素轉化為氯化亞鐵；
（3）氯氣是強氧化劑，可以氧化亞鐵離子；尾氣依據流程圖分析判斷，有氯氣和鹽酸揮發(fā)出的氯化氫氣體；
（4）根據需要，反應不能引進雜質離子，H₂O₂是綠色氧化劑，據此回答；
（5）調節(jié)溶液的酸度以促使Fe³⁺沉淀完全，但是銅離子不沉淀，加入的試劑可以和氫離子反應，但是不能引進雜質離子；
（6）氯化銅溶液中銅離子易水解，應該在酸性環(huán)境下進行操作，得到氯化銅晶體．

解答： 解：Ⅰ、以硫鐵礦（主要成分為FeS₂）為原料制備氯化鐵晶體（FeCl₃?6H₂O）的工藝流程：硫鐵礦通入空氣焙燒可以得到鐵的氧化物和二氧化硫氣體，向固體物質中加入鹽酸，過濾，可以得到氯化亞鐵和氯化鐵的混合液，向其中通入氯氣，能將亞鐵離子氧化為鐵離子，得到氯化鐵的水溶液，鐵離子易水解，在酸性環(huán)境下，將溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶，過濾、洗滌、干燥即可得到氯化鐵晶體，
（1）在一定條件下，SO₂轉化為SO₃的反應為2SO₂+O₂

催化劑

△

2SO₃，該反應的平衡常數表達式為K=

c2(SO3)

c(O2)?c2(SO2)

；過量的SO₂與NaOH溶液反應的化學方程式為：SO₂+NaOH=NaHSO₃；
故答案為：

c2(SO3)

c(O2)?c2(SO2)

；SO₂+NaOH=NaHSO₃；
（2）酸溶及后續(xù)過程中均需保持鹽酸過量，其目的是使氧化鐵溶解為氯化鐵，抑制鐵離子的水；
故答案為：提高鐵元素的浸出率；抑制Fe³⁺水解；
（3）通氯氣氧化后時，氯氣氧化亞鐵離子為鐵離子，發(fā)生的主要反應的離子方程式為：Cl₂+2Fe²⁺=2Cl^-+2Fe³⁺；該過程產生的尾氣可用堿溶液吸收，尾氣中污染空氣的氣體為過量的氯氣和鹽酸溶液中揮發(fā)出的氯化氫氣體；
故答案為：Cl₂+2Fe²⁺═2Cl^-+2Fe³⁺；Cl₂，HCl；
Ⅱ、CuCl₂溶液中含有少量雜質FeCl₂，為制備純凈的CuCl₂?2H₂O晶體，實驗原理是：向混合溶液中加入氧化劑，將亞鐵離子氧化為鐵離子，但是選擇的氧化劑不能引入雜質離子，然后調節(jié)pH，是鐵離子完全沉淀，但是銅離子不沉淀，得到氯化銅溶液，銅離子易水解，然后在酸性環(huán)境下，將溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶，過濾、洗滌、干燥即可得到氯化銅晶體，
（4）K₂Cr₂O₇、NaClO將亞鐵離子氧化的同時都會引進雜質離子，但是H₂O₂是綠色氧化劑，不會引進雜質離子，所以選C，反應的原理為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，故答案為：C；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
（5）在步驟Ⅱ中，加入Y的目的是為了調節(jié)溶液的酸度以促使Fe³⁺沉淀完全，但是銅離子不沉淀，加入的試劑可以和氫離子反應，但是不能引進雜質離子，可以是氧化銅、堿式碳酸銅，碳酸銅或是氫氧化銅等，故答案為：C；
（6）氯化銅溶液中銅離子易水解，應該在酸性環(huán)境下，將溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶，過濾、洗滌、干燥，得到氯化銅晶體，
故答案為：將溶液在較低溫度下加熱蒸發(fā)析出晶體，同時通入氯化氫氣體防止水解．

點評：本題考查了化學平衡的平衡常數計算式書寫，流程步驟中的操作目的和反應現(xiàn)象、反應產物的分析判斷，尾氣的成分判斷和處理方法，題目難度中等．