Question

二硫化亞鐵是Li/FeS₂電池的正極活性物質，可用水熱法合成。FeSO₄、Na₂S₂O₃、S及H₂O在200 ℃連續反應24 h，四種物質以等物質的量反應，再依次用CS₂、H₂O洗滌、干燥及晶化后得到。
(1)合成FeS₂的離子方程式為_____________________________________。
(2)用水洗滌時，如何證明SO₄^2—已除盡？________________________________________。
(3)已知1.20 g FeS₂在O₂中完全燃燒生成Fe₂O₃和SO₂氣體放出8.52 kJ熱量，FeS₂燃燒反應的熱化學方程式為__________________________。
(4)取上述制得的正極材料1.120 0 g(假定只含FeS一種雜質)，在足量的氧氣流中充分加熱，最后得0.800 0 g紅棕色固體，試計算該正極材料中FeS₂的質量分數(寫出計算過程)。

Answer 1

　(1)Fe^2＋＋S₂O₃^2—＋S＋H₂OFeS₂＋2H^＋＋SO₄^2—
(2)取少許最后一次洗滌濾液，先用足量鹽酸酸化，再向上述清液中滴加BaCl₂溶液，若不出現白色渾濁，表示已洗滌干凈
(3)4FeS₂(s)＋11O₂(g)=2Fe₂O₃(s)＋8SO₂(g)   ΔH＝－3 408 kJ·mol^－1
[或FeS₂(s)＋O₂(g)=Fe₂O₃(s)＋2SO₂(g)]  ΔH＝－852 kJ·mol^－1
(4)解：120n(FeS₂)＋88n(FeS)＝1.120 0
n(FeS₂)＋n(FeS)＝
n(FeS₂)＝0.007 5 mol
w(FeS₂)＝≈0.803 6

　(1)由題中信息可寫出四種反應物，再由原子守恒和電荷守恒寫出產物，Na₂S₂O₃中一個S顯＋6價，一個S顯－2價，其中－2的S與單質S發生歸中反應，根據得失電子守恒配出反應。(2)檢驗SO₄^2—，需要先用鹽酸除去干擾離子，以防生成除BaSO₄以外的鋇鹽沉淀。(3)0.01 mol FeS₂完全燃燒放出8.52 kJ的熱量。寫熱化學方程式要標注物質的狀態，同時ΔH應與化學計量系數成比例。(4)由質量關系，列出120n(FeS₂)＋88n(FeS)＝1.120 0，由鐵原子守恒列出n(FeS₂)＋n(FeS)＝mol，聯合解得FeS₂的物質的量，進而求出其含量。