Question

10．鐵及其化合物在生產(chǎn)和生活中有廣泛的應(yīng)用．
Ⅰ、高鐵酸鈉（Na₂FeO₄）是一種新型凈水劑，工業(yè)上制備高鐵酸鈉的反應(yīng)原理為：
Fe（OH）₃+NaClO+NaOH→Na₂FeO₄+X+H₂O（未配平），則X的電子式為，反應(yīng)中被氧化的物質(zhì)是Fe（OH）₃（寫化學(xué)式）．
Ⅱ、鐵紅顏料跟某些油料混合，可以制成防銹油漆．工業(yè)制硫酸產(chǎn)生的硫酸渣中主要含F(xiàn)e₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等，用硫酸渣制備鐵紅（Fe₂O₃）的過程如圖：

已知：

沉淀物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Fe（OH）2	Mg（OH）2
開始沉淀pH	2.7	3.8	7.6	9.4
完全沉淀pH	3.2	5.2	9.7	12.4

已知FeS₂是一種黃色難溶于水的固體．
（1）酸溶過程中Fe₂O₃與稀硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄）₃+3H₂O；“濾渣A”主要成份的化學(xué)式為SiO₂．
（2）還原過程中加入FeS₂的目的是將溶液中的Fe³⁺還原為Fe²⁺，而本身被氧化為H₂SO₄，寫出該反應(yīng)的離子方程式FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O═15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺．
（3）為確保鐵紅的質(zhì)量和純度，氧化過程中加NaOH調(diào)節(jié)溶液pH的范圍是3.2～3.8；如果加NaOH調(diào)節(jié)溶液pH=a，則濾液B中c（Fe³⁺）=4×10^（4-3a）mol/L（25℃時(shí)，K_sp=4×10^-38）
（4）以甲醚、空氣、氫氧化鉀溶液為原料，石墨為電極可以構(gòu)成燃料電池．該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH₃OCH₃+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O．

Answer 1

分析 Ⅰ、氧化還原反應(yīng)元素化合價(jià)升降分析配平化學(xué)方程式，根據(jù)質(zhì)量守恒定律的實(shí)質(zhì)，反應(yīng)前后各元素的原子個(gè)數(shù)相等推斷X的化學(xué)式，再寫出X的電子式，元素化合價(jià)升高失電子被氧化；
Ⅱ、硫酸渣中含F(xiàn)e₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等，稀硫酸溶解主要除去不與酸反應(yīng)的SiO₂，加入FeS₂將溶液中的Fe³⁺還原為Fe²⁺，再加氫氧化鈉和空氣，調(diào)節(jié)溶液的pH的范圍是3.2～3.8主要是使三價(jià)鐵沉淀，而二價(jià)鎂，三價(jià)鋁都不沉淀，最后洗滌、烘干、研磨使氫氧化鐵分解生成氧化鐵，從而得到鐵紅；
（1）氧化鐵屬于堿性氧化物，與酸反應(yīng)生成鹽和水；Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO都和硫酸反應(yīng)，二氧化硅不和酸反應(yīng)；
（2）根據(jù)得失電子守恒和原子守恒來配平，F(xiàn)eS₂中S元素的化合價(jià)從-1價(jià)升高到+6價(jià)，2個(gè)S原子轉(zhuǎn)移14個(gè)電子，F(xiàn)e³⁺轉(zhuǎn)移1個(gè)電子，則二者的計(jì)量數(shù)之比為1：14，根據(jù)S守恒可知SO₄^2-前面的化學(xué)計(jì)量數(shù)為2，根據(jù)氧守恒可知H₂0前面化學(xué)計(jì)量數(shù)為8，根據(jù)H守恒可知H+前化學(xué)計(jì)量數(shù)為16；
（3）根據(jù)幾種離子沉淀的pH，應(yīng)選擇使Fe³⁺沉淀完全而其他離子不沉淀，結(jié)合溶度積常數(shù)計(jì)算分析；
（4）燃料電池通氧氣的極為正極，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，書寫電極反應(yīng)式時(shí)要考慮電解質(zhì)溶液對(duì)電極反應(yīng)的影響．

解答 解：Ⅰ、根據(jù)元素化合價(jià)變化配平書寫化學(xué)方程式，鐵元素化合價(jià)+3價(jià)變化為+6價(jià)，氯元素化合價(jià)+1價(jià)應(yīng)變化為-1價(jià)，2Fe（OH）₃+3NaClO+4NaOH=2Na₂FeO₄+3X+5H₂O可知，反應(yīng)前鐵、氧、氫、鈉、氯的原子個(gè)數(shù)分別是：2、13、10、7、3，反應(yīng)后鐵、氧、氫、鈉、氯的原子個(gè)數(shù)分別是：2、13、10、4、0，所以每個(gè)X中含有1個(gè)鈉離子和1個(gè)氯離子，X是氯化鈉，其電子式為，氫氧化鐵中鐵元素化合價(jià)升高被氧化，
故答案為：，F(xiàn)e（OH）₃；
Ⅱ、硫酸渣中含F(xiàn)e₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等，稀硫酸溶解主要除去不與酸反應(yīng)的SiO₂，加入FeS₂將溶液中的Fe³⁺還原為Fe²⁺，再加氫氧化鈉和空氣，調(diào)節(jié)溶液的pH的范圍是3.2～3.8主要是使三價(jià)鐵沉淀，而二價(jià)鎂，三價(jià)鋁都不沉淀，最后洗滌、烘干、研磨使氫氧化鐵分解生成氧化鐵，從而得到鐵紅；
（1）氧化鐵與硫酸反應(yīng)生成硫酸鐵和水，方程式為：Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄） ₃+3H₂O；因二氧化硅不與硫酸反應(yīng)，故“濾渣A”主要成份的化學(xué)式為SiO₂．
故答案為：Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄）₃+3H₂O；SiO₂；
（2）FeS₂中S元素的化合價(jià)從-1價(jià)升高到+6價(jià)，2個(gè)S原子轉(zhuǎn)移14個(gè)電子，F(xiàn)e³⁺轉(zhuǎn)移1個(gè)電子，則二者的計(jì)量數(shù)之比為1：14，根據(jù)S守恒可知SO₄^2-前面的化學(xué)計(jì)量數(shù)為2，根據(jù)氧守恒可知H₂0前面化學(xué)計(jì)量數(shù)為8，根據(jù)H守恒可知H+前化學(xué)計(jì)量數(shù)為16，則反應(yīng)的離子方程式為：FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O═15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺，
故答案為：FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O═15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺；
（3）根據(jù)幾種離子沉淀的pH，使Fe³⁺沉淀完全的PH為3.2，其他離子開始沉淀PH為3.8，因此所選PH因介于3.2和3.8之間，如果加NaOH調(diào)節(jié)溶液的pH=a，c（OH^-）=$\frac{{10}^{-14}}{{10}^{-a}}$，25℃時(shí)，K_sp[Fe（OH）₃]=4×10^-38 ，則濾液B中的c（Fe³⁺）=$\frac{{K}_{sp}}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=$\frac{{4×10}^{-38}}{（\frac{{10}^{-14}}{{10}^{-a}}）^{3}}$=4×10^（4-3a），
故答案為：3.2～3.8，4×10^（4-3a）；
（4）以甲醚、空氣、氫氧化鉀溶液為原料，石墨為電極可以構(gòu)成燃料電池，負(fù)極上甲醚發(fā)生氧化反應(yīng)，在氫氧化鉀溶液為電解液時(shí)氧化產(chǎn)物為K₂CO₃，則負(fù)極電極反應(yīng)式為CH₃OCH₃+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O，故答案為：CH₃OCH₃+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題通過制備鐵紅，考查了物質(zhì)制備方案的設(shè)計(jì)及化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作方法的綜合應(yīng)用、燃料電池的電化學(xué)原理，題目難度中等，明確制備流程及化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作方法為解答關(guān)鍵，試題充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?/p>