Question

鐵是地殼中含量第二的金屬元素，其單質(zhì)、合金及化合物在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用廣泛．
（一）工業(yè)廢水中含有一定量的Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-，它們會對人類及生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生很大的危害，必須進(jìn)行處理．常用的處理方法是電解法，該法用Fe作電極電解含Cr₂O₇^2-的酸性廢水，隨著電解的進(jìn)行，陰極附近溶液pH升高，產(chǎn)生Cr（OH）₃沉淀．
（1）用Fe作電極的目的是

 

．
（2）陰極附近溶液pH升高的原因是

 

（用電極反應(yīng)式解釋）；溶液中同時生成的沉淀還有

 

．
（二）氮化鐵磁粉是一種磁記錄材料，利用氨氣在400℃以上分解得到的氮原子滲透到高純鐵粉中可制備氮化鐵．制備高純鐵粉涉及的主要生產(chǎn)流程如下：

已知：①某赤鐵礦石含60.0%Fe₂O₃、3.6%FeO，還含有Al₂O₃、MnO₂、CuO等．
②部分陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的pH如下：

沉淀物	Al（OH）3	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Cu（OH）2
pH	5.2	3.2	9.7	6.7

（3）步驟②中加雙氧水的目的是

 

，pH控制在3.4的作用是

 

；已知25℃時，K_sp[Cu（OH）₂]=2.0×10^-20，該溫度下反應(yīng)：Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺的平衡常數(shù)K=

 

．
（4）制備氮化鐵的反應(yīng)：Fe+NH₃

H2

550℃

Fe_xN_y+H₂（未配平），若整個過程中消耗氨氣34.0g，消耗赤鐵礦石2kg，設(shè)整個過程中無損耗，則Fe_xN_y磁粉的化學(xué)式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：電解原理,物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計題,氧化還原反應(yīng)專題

分析：（一）（1）陽極是活性電極時，陽極本身失電子，生成陽離子；
（2）溶液PH升高的原因是溶液中氫離子濃度減少，即氫離子在陰極得電子，PH升高，氫氧根離子濃度增大，離子濃度冪的乘積大于溶度積，所以金屬陽離子會生成氫氧化物沉淀；
（二）（3）步驟②中利用雙氧水的氧化性，pH控制在3.4可使鐵離子完全轉(zhuǎn)化為沉淀，25℃時，c（Cu²⁺）×c（OH^-）²=2.0×10^-20，Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺的平衡常數(shù)K=

c(H+)2

c(Cu2+)

；
（4）根據(jù)元素守恒確定含鐵的物質(zhì)的量，計算鐵和氨氣的物質(zhì)的量之比，得到反應(yīng)中的系數(shù)，根據(jù)原子守恒確定分子式．

解答： 解：（一）（1）在電解法除鉻中，鐵作陽極，陽極反應(yīng)為Fe-2e^-═Fe²⁺，以提供還原劑Fe²⁺，故答案為：提供還原劑Fe²⁺；
（2）在陰極附近溶液pH升高的原因是水電離產(chǎn)生的H⁺放電生成H₂的同時，大量產(chǎn)生了OH^-，所以溶液中的Fe³⁺也將轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，
故答案為：2H⁺+2e^-═H₂↑；Fe（OH）₃；
（二）（3）步驟②中利用雙氧水的氧化性將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，由表格中的數(shù)據(jù)可知pH控制在3.4可使鐵離子完全轉(zhuǎn)化為沉淀，而其他離子不沉淀；25℃時，c（Cu²⁺）×c（OH^-）²=2.0×10^-20，Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺的平衡常數(shù)K=

c(H+)2

c(Cu2+)

=

Kw2

Ksp

=

(1×10-14)2

2.0×10-20

=5.0×10^-9，
故答案為：5.0×10^-9；
（4）赤鐵礦石2kg含鐵的物質(zhì)的量為：

2000×60%

160

×2+

2000×36%

72

mol=16mol，氨氣的物質(zhì)的量為：

34g

17g/mol

=2mol，此反應(yīng)中，鐵和氨氣的物質(zhì)的量之比是8：1，反應(yīng)為：16Fe+2NH₃

H2

550℃

2Fe_xN_y+3H₂，所以Fe_xN_y的化學(xué)式為：Fe₈N，故答案為：Fe₈N．

點(diǎn)評：本題以實(shí)驗(yàn)形式考查電解原理及難溶電解質(zhì)的溶解平衡和沉淀轉(zhuǎn)化，注意氧化還原反應(yīng)及表格數(shù)據(jù)的應(yīng)用，題目難度中等．