Question

【題目】高鐵酸鈉(Na2FeO4)是一種高效、新型的水處理劑，在堿性條件下較穩(wěn)定；在中性或弱酸性條件下轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3和O2；易被H2還原。工業(yè)上以黃鐵礦(主要成分為FeS2，含有少量NiS、CuS、SiO2等雜質(zhì))為原料制備Na2FeO4并回收某些金屬資源的工藝流程如圖：

已知：

Ⅰ.“焙燒”后礦石中的金屬元素均以氧化物的形式存在。

Ⅱ.溶液中離子濃度小于1×10-5mol/L時(shí)，該離子沉淀完全。

（1）“粉碎”的目的是___。

（2）氣體X為__，濾渣1為__。

（3）流程中“調(diào)節(jié)pH1”的實(shí)驗(yàn)操作目的是___。

（4）“轉(zhuǎn)化”過程中發(fā)生的主要反應(yīng)的離子方程式為___。

（5）采用電解法制備Na2FeO4的工作原理如圖所示：

①該裝置工作時(shí)，陽極的電極反應(yīng)式為___。

②離子交換膜應(yīng)選用___(填“陰”或“陽”)離子交換膜，原因____。

Answer 1

【答案】加快“焙燒”速率，使“焙燒”更充分 X為SO2 濾渣1為SiO2 “調(diào)節(jié)pH1”目的是使Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀而Cu2+和Ni2+不沉淀 2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O Fe+8OH--6e-=FeO42-+4H2O 陽 可防止FeO42-進(jìn)入陰極區(qū)被H2還原

【解析】

黃鐵礦粉碎，增大與空氣的接觸面積，可加快化學(xué)反應(yīng)速率，是焙燒更加充分。充分焙燒后，得各金屬的氧化物以及SiO2，礦石中的硫元素轉(zhuǎn)化為SO2，加入稀硫酸酸化，SiO2不與硫酸反應(yīng)過濾除去，而金屬氧化物與硫酸反應(yīng)得到硫酸鹽，調(diào)節(jié)pH1，在濾渣2中得到Fe(OH)3，Fe(OH)3、NaClO、NaOH反應(yīng)得到Na2FeO4。濾液2中有Cu2＋和Ni2＋；調(diào)節(jié)pH2，分離Ni和Cu；Ni(OH)2最終轉(zhuǎn)化為Ni(CO)4。

(1)黃鐵礦粉碎，可以增大固體的表面積，加快“焙燒速率”，使“焙燒”更充分；

(2)根據(jù)元素守恒，黃鐵礦焙燒時(shí)，金屬元素均轉(zhuǎn)化為其氧化物，因此氣體X為SO2；金屬氧化物均與硫酸反應(yīng)轉(zhuǎn)化為可溶于水的硫酸鹽，而SiO2不與硫酸反應(yīng)，因此濾渣1為SiO2；

(3)根據(jù)流程圖，濾渣2最終轉(zhuǎn)化為Na2FeO4，因此濾渣2為Fe(OH)3，調(diào)節(jié)pH1的目的是使Fe3＋轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3，與Cu2＋、Ni2＋分離；

(4)轉(zhuǎn)化過程，Fe(OH)3、NaOH和NaClO轉(zhuǎn)化為Na2FeO4，Fe的化合價(jià)從＋3價(jià)升高到＋6價(jià)，Cl的化合價(jià)從＋1價(jià)降低到－1價(jià)，化合價(jià)升降守恒，Fe(OH)3和ClO－的系數(shù)為2：3，再根據(jù)質(zhì)量守恒和電荷守恒配平，離子方程式為2Fe(OH)3+3ClO－+4OH－=FeO42－+3Cl－+5H2O；

(5)采用電解制備Na2FeO4，示意圖中，Fe作陽極，失去電子，轉(zhuǎn)化為FeO42－，陰極為水得到電子，生成H2和OH－；

①Fe作陽極，失去電子，轉(zhuǎn)化為FeO42－，電極方程式為Fe+8OH--6e-=FeO42-+4H2O；

②Na2FeO4容易被H2還原，因此要需要防止陰極生成的H2還原FeO42－，離子交換膜應(yīng)選擇陽離子交換膜，可防止FeO42-進(jìn)入陰極區(qū)被H2還原。