Question

【題目】聚合硫酸鐵(PFS)是一種高效的無機高分子絮凝劑。某工廠利用經浮選的硫鐵礦燒渣(有效成分為Fe2O3 和Fe3O4)制備PFS，其工藝流程如下圖所示。

（1）還原焙燒過程中，CO還原Fe3O4生成FeO的熱化學方程式為________________________。

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是還原焙燒過程的主要還原劑。下圖中，曲線表示4個化學反應a、b、c、d達到平衡時氣相組成和溫度的關系，I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分別是Fe2O3、Fe3O4、FeO、Fe穩定存在的區域。a屬于_________（填“吸熱反應”或“放熱反應”）；570℃時，d反應的平衡常數K= ____________。

（3）工業上，還原焙燒的溫度一般控制在800℃左右，溫度不宜過高的理由是___________________。

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

（5）FeSO4溶液在空氣中會緩慢氧化生成難溶的Fe(OH)SO4，該反應的離子方程式為_____________________________。“催化氧化”過程用NaNO2作催化劑（NO起實質上的催化作用）時，溫度與Fe2+轉化率的關系如右圖所示（反應時間相同），Fe2+轉化率隨溫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 放熱反應 1 浪費能量，且FeO易被還原成Fe Fe2+易被空氣中的O2氧化成Fe3+ 4SO42-+ 4Fe2++O2+2H2O=4Fe(OH)SO4↓ 溫度升高，反應速率增大；溫度過高，NO氣體逸出，轉化率下降

【解析】試題分析：（1）根據蓋斯定律計算CO還原Fe3O4生成FeO的焓變；（2）根據圖像，升高溫度，Fe3O4的含量減小，反應a逆向移動；d反應的平衡常數K= ；（3）溫度大于800℃，FeO易被還原成Fe；（4）Fe2+易被空氣中的O2氧化成Fe3+；（5）FeSO4溶液在空氣中被氧氣氧化生成難溶的Fe(OH)SO4，根據得失電子守恒、電荷守恒配平離子方程式；NO起實質上的催化作用，溫度升高，反應速率增大；溫度過高，NO氣體逸出，轉化率下降。

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

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

根據蓋斯定律①-②，得Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2(g) ΔH=+19.4kJ·mol-1。（2）根據圖像，升高溫度，Fe3O4的含量減小，反應a逆向移動，反應a放熱；d反應的平衡常數K=，570℃時，CO、CO2濃度相等，所以K=1；（3）溫度大于800℃，FeO易被還原成Fe，且浪費能量，所以工業上，還原焙燒的溫度一般控制在800℃左右；（4）Fe2+易被空氣中的O2氧化成Fe3+，所以“酸浸”時間過長，浸出液中Fe2+含量降低；（5）FeSO4溶液在空氣中被氧氣氧化生成難溶的Fe(OH)SO4，根據得失電子守恒、電荷守恒配平離子方程式為4SO42-+ 4Fe2++O2+2H2O=4Fe(OH)SO4↓；NO起實質上的催化作用，溫度升高，反應速率增大；溫度過高，NO氣體逸出，轉化率下降，所以Fe2+轉化率隨溫度的升高先上升后下降。