Question

【题目】充分利用黄铁矿（主要成份为FeS2）对资源和环境具有重要的意义。

（1）一种酸性条件下催化氧化黄铁矿的物质转化关系如下面图Ⅰ所示。

①图Ⅰ中，NO起的是_____作用；O2氧化FeS2生成Fe3+的离子方程式为____________；

②硝酸也可以将FeS2氧化为Fe3+和SO42-，但使用稀硝酸比浓硝酸的反应速率快很多，其原因是：_________。

（2）控制Fe3+的浓度、溶液体积和通入O2的速率一定，图Ⅱ表示当改变其它条件时Fe2+被氧化的转化率随时间的变化。

①加入NaNO2发生反应：3NO2-+2H+==NO3-+2NO↑+H2O。若3molNaNO2完全反应，则转移的电子数为____________________mol。

②在酸性溶液中，加入NaNO2、KI发生反应生成NO和I2，该离子反应方程式为______ ；图Ⅱ中曲线从下至上， Fe2+转化速率依次增大的原因是________。

（3）为研究FeS2作电极时的放电规律，以FeS2作阳极进行电解，由FeS2放电产生的粒子的含量与时间（t）、电压（U）之间的关系如图Ⅲ所示。

①t1至t2间FeS2发生的电极反应式为_________________。

②当电压值介于3.5U～4.4U之间时，FeS2放电所得的主要粒子为_______________。

③黄铁矿含有杂质钴和镍。若电解一段时间，c(Fe3+)=1×10-2mol·L-1时，通过计算判断：pH控制为_______不会产生Fe(OH)3沉淀；当使Co2+沉淀完全时，Fe3+_____（填：“已经”或“没有”）开始沉淀。{已知：离子浓度≤1×10–5mol·L–1认为沉淀完全；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+ 反应后稀硝酸被还原为NO起催化剂作用，浓硝酸被还原为NO2不能起催化剂作用 2 2NO2-+2I-+4H+=I2+2NO↑+2H2O 同量的NaNO2产生催化剂NO的量更多，加快了化学反应速率 FeS2-2e-=Fe2++2S Fe3+、SO42- ≤2.16 【答题空10】已经

【解析】（1）①分析图Ⅰ，Fe2+与NO结合成Fe(NO)2+，Fe(NO)2+与O2反应生成NO和Fe3+，由此可得，NO参与反应，在反应前后没有发生变化，所以NO作催化剂起催化作用；由图Ⅰ可看出O2氧化FeS2生成Fe3+，同时-1价S元素被氧化成+6价生成SO42-，0价O元素被还原成-2价，根据得失电子守恒（化合价升降总数相等）和元素守恒可得离子方程式为：15O2+4FeS2+2H2O =4Fe3++8SO42-+4H+。②硝酸将FeS2氧化为Fe3+和SO42-，但浓硝酸和稀硝酸被还原的产物不同，稀硝酸反应后被还原为NO，浓硝酸被还原为NO2，NO可作催化剂，而NO2不能，所以使用稀硝酸比浓硝酸的反应速率快很多。

（2）①根据反应方程式，NO2-中+3价N元素一部分升为+5价，一部分降为+2价，发生自身氧化还原反应，每3mol NO2-反应，有1mol NO2-作氧化剂2molNO2-作还原剂，则3molNaNO2完全反应转移2mol电子。②在酸性溶液中，加入NaNO2、KI发生反应生成NO和I2，N元素化合价由+3降为+2，I元素化合价由-1升为0，根据得失电子守恒（化合价升降总数相等）和元素守恒可得离子方程式为：2NO2-+2I-+4H+=I2+2NO↑+2H2O；NO可作该反应的催化剂，未通入NO则反应速率很慢，相同量的NaNO2，与KI反应产生催化剂NO的量更多，所以加快了化学反应速率。

（3）分析图Ⅲ：①t1至t2间Fe2+和S的含量增加，所以FeS2发生的电极反应式为：FeS2－2e-＝Fe2++2S。②当电压值介于3.5U～4.4U之间时，Fe3+和SO42-含量增加，所以FeS2放电所得的主要粒子为：Fe3+、SO42-。③当Q[Fe(OH)3]≤Ksp[Fe(OH)3]时，不会产生Fe(OH)3沉淀，由Q[Fe(OH)3]=Ksp[Fe(OH)3]得，c(Fe3+)c3(OH-)=Ksp[Fe(OH)3]，代入数据得：1×10-2×c3(OH-)=3.8×10–38，解得：c(OH-)= mol·L-1，根据c(H+)c(OH-)=KW，常温下KW=1×10-14，代入数据解得：c(H+)=，pH=- = - =2.16，所以pH=2.16时刚好Q[Fe(OH)3]=Ksp[Fe(OH)3]，pH≤2.16时不会产生Fe(OH)3沉淀；根据Q[Co(OH)2]=Ksp[Co(OH)2]得，c(Co2+)c2(OH-)=Ksp[Co(OH)2]，所以c(OH-)=，当Co2+沉淀完全时，代入相关数据得：c(OH-)=≥×10-5 mol·L-1，所以此时Fe3+已经开始沉淀。