Question

【題目】充分利用黃鐵礦（主要成份為FeS2）對資源和環(huán)境具有重要的意義。

（1）一種酸性條件下催化氧化黃鐵礦的物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系如下面圖Ⅰ所示。

①圖Ⅰ中，NO起的是_____作用；O2氧化FeS2生成Fe3+的離子方程式為____________；

②硝酸也可以將FeS2氧化為Fe3+和SO42-，但使用稀硝酸比濃硝酸的反應(yīng)速率快很多，其原因是：_________。

（2）控制Fe3+的濃度、溶液體積和通入O2的速率一定，圖Ⅱ表示當(dāng)改變其它條件時(shí)Fe2+被氧化的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間的變化。

①加入NaNO2發(fā)生反應(yīng)：3NO2-+2H+==NO3-+2NO↑+H2O。若3molNaNO2完全反應(yīng)，則轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為____________________mol。

②在酸性溶液中，加入NaNO2、KI發(fā)生反應(yīng)生成NO和I2，該離子反應(yīng)方程式為______ ；圖Ⅱ中曲線從下至上， Fe2+轉(zhuǎn)化速率依次增大的原因是________。

（3）為研究FeS2作電極時(shí)的放電規(guī)律，以FeS2作陽極進(jìn)行電解，由FeS2放電產(chǎn)生的粒子的含量與時(shí)間（t）、電壓（U）之間的關(guān)系如圖Ⅲ所示。

①t1至t2間FeS2發(fā)生的電極反應(yīng)式為_________________。

②當(dāng)電壓值介于3.5U～4.4U之間時(shí)，FeS2放電所得的主要粒子為_______________。

③黃鐵礦含有雜質(zhì)鈷和鎳。若電解一段時(shí)間，c(Fe3+)=1×10-2mol·L-1時(shí)，通過計(jì)算判斷：pH控制為_______不會(huì)產(chǎn)生Fe(OH)3沉淀；當(dāng)使Co2+沉淀完全時(shí)，Fe3+_____（填：“已經(jīng)”或“沒有”）開始沉淀。{已知：離子濃度≤1×10–5mol·L–1認(rèn)為沉淀完全；Ksp[Fe(OH)3]=3.8×10–38、Ksp[Co(OH)2]=2×10–15， = – 0.16}

Answer 1

【答案】 催化 15O2+4FeS2+2H2O =4Fe3++8SO42-+4H+ 反應(yīng)后稀硝酸被還原為NO起催化劑作用，濃硝酸被還原為NO2不能起催化劑作用 2 2NO2-+2I-+4H+=I2+2NO↑+2H2O 同量的NaNO2產(chǎn)生催化劑NO的量更多，加快了化學(xué)反應(yīng)速率 FeS2-2e-=Fe2++2S Fe3+、SO42- ≤2.16 【答題空10】已經(jīng)

【解析】（1）①分析圖Ⅰ，Fe2+與NO結(jié)合成Fe(NO)2+，Fe(NO)2+與O2反應(yīng)生成NO和Fe3+，由此可得，NO參與反應(yīng)，在反應(yīng)前后沒有發(fā)生變化，所以NO作催化劑起催化作用；由圖Ⅰ可看出O2氧化FeS2生成Fe3+，同時(shí)-1價(jià)S元素被氧化成+6價(jià)生成SO42-，0價(jià)O元素被還原成-2價(jià)，根據(jù)得失電子守恒（化合價(jià)升降總數(shù)相等）和元素守恒可得離子方程式為：15O2+4FeS2+2H2O =4Fe3++8SO42-+4H+。②硝酸將FeS2氧化為Fe3+和SO42-，但濃硝酸和稀硝酸被還原的產(chǎn)物不同，稀硝酸反應(yīng)后被還原為NO，濃硝酸被還原為NO2，NO可作催化劑，而NO2不能，所以使用稀硝酸比濃硝酸的反應(yīng)速率快很多。

（2）①根據(jù)反應(yīng)方程式，NO2-中+3價(jià)N元素一部分升為+5價(jià)，一部分降為+2價(jià)，發(fā)生自身氧化還原反應(yīng)，每3mol NO2-反應(yīng)，有1mol NO2-作氧化劑2molNO2-作還原劑，則3molNaNO2完全反應(yīng)轉(zhuǎn)移2mol電子。②在酸性溶液中，加入NaNO2、KI發(fā)生反應(yīng)生成NO和I2，N元素化合價(jià)由+3降為+2，I元素化合價(jià)由-1升為0，根據(jù)得失電子守恒（化合價(jià)升降總數(shù)相等）和元素守恒可得離子方程式為：2NO2-+2I-+4H+=I2+2NO↑+2H2O；NO可作該反應(yīng)的催化劑，未通入NO則反應(yīng)速率很慢，相同量的NaNO2，與KI反應(yīng)產(chǎn)生催化劑NO的量更多，所以加快了化學(xué)反應(yīng)速率。

（3）分析圖Ⅲ：①t1至t2間Fe2+和S的含量增加，所以FeS2發(fā)生的電極反應(yīng)式為：FeS2－2e-＝Fe2++2S。②當(dāng)電壓值介于3.5U～4.4U之間時(shí)，Fe3+和SO42-含量增加，所以FeS2放電所得的主要粒子為：Fe3+、SO42-。③當(dāng)Q[Fe(OH)3]≤Ksp[Fe(OH)3]時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生Fe(OH)3沉淀，由Q[Fe(OH)3]=Ksp[Fe(OH)3]得，c(Fe3+)c3(OH-)=Ksp[Fe(OH)3]，代入數(shù)據(jù)得：1×10-2×c3(OH-)=3.8×10–38，解得：c(OH-)= mol·L-1，根據(jù)c(H+)c(OH-)=KW，常溫下KW=1×10-14，代入數(shù)據(jù)解得：c(H+)=，pH=- = - =2.16，所以pH=2.16時(shí)剛好Q[Fe(OH)3]=Ksp[Fe(OH)3]，pH≤2.16時(shí)不會(huì)產(chǎn)生Fe(OH)3沉淀；根據(jù)Q[Co(OH)2]=Ksp[Co(OH)2]得，c(Co2+)c2(OH-)=Ksp[Co(OH)2]，所以c(OH-)=，當(dāng)Co2+沉淀完全時(shí)，代入相關(guān)數(shù)據(jù)得：c(OH-)=≥×10-5 mol·L-1，所以此時(shí)Fe3+已經(jīng)開始沉淀。