Question

【题目】高铁酸钠(Na2FeO4)是一种高效、新型的水处理剂，在碱性条件下较稳定；在中性或弱酸性条件下转化为Fe(OH)3和O2；易被H2还原。工业上以黄铁矿(主要成分为FeS2，含有少量NiS、CuS、SiO2等杂质)为原料制备Na2FeO4并回收某些金属资源的工艺流程如图：

已知：

Ⅰ.“焙烧”后矿石中的金属元素均以氧化物的形式存在。

Ⅱ.溶液中离子浓度小于1×10-5mol/L时，该离子沉淀完全。

（1）“粉碎”的目的是___。

（2）气体X为__，滤渣1为__。

（3）流程中“调节pH1”的实验操作目的是___。

（4）“转化”过程中发生的主要反应的离子方程式为___。

（5）采用电解法制备Na2FeO4的工作原理如图所示：

①该装置工作时，阳极的电极反应式为___。

②离子交换膜应选用___(填“阴”或“阳”)离子交换膜，原因____。

Answer 1

【答案】加快“焙烧”速率，使“焙烧”更充分 X为SO2 滤渣1为SiO2 “调节pH1”目的是使Fe3+转化为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 阳 可防止FeO42-进入阴极区被H2还原

【解析】

黄铁矿粉碎，增大与空气的接触面积，可加快化学反应速率，是焙烧更加充分。充分焙烧后，得各金属的氧化物以及SiO2，矿石中的硫元素转化为SO2，加入稀硫酸酸化，SiO2不与硫酸反应过滤除去，而金属氧化物与硫酸反应得到硫酸盐，调节pH1，在滤渣2中得到Fe(OH)3，Fe(OH)3、NaClO、NaOH反应得到Na2FeO4。滤液2中有Cu2＋和Ni2＋；调节pH2，分离Ni和Cu；Ni(OH)2最终转化为Ni(CO)4。

(1)黄铁矿粉碎，可以增大固体的表面积，加快“焙烧速率”，使“焙烧”更充分；

(2)根据元素守恒，黄铁矿焙烧时，金属元素均转化为其氧化物，因此气体X为SO2；金属氧化物均与硫酸反应转化为可溶于水的硫酸盐，而SiO2不与硫酸反应，因此滤渣1为SiO2；

(3)根据流程图，滤渣2最终转化为Na2FeO4，因此滤渣2为Fe(OH)3，调节pH1的目的是使Fe3＋转化为Fe(OH)3，与Cu2＋、Ni2＋分离；

(4)转化过程，Fe(OH)3、NaOH和NaClO转化为Na2FeO4，Fe的化合价从＋3价升高到＋6价，Cl的化合价从＋1价降低到－1价，化合价升降守恒，Fe(OH)3和ClO－的系数为2：3，再根据质量守恒和电荷守恒配平，离子方程式为2Fe(OH)3+3ClO－+4OH－=FeO42－+3Cl－+5H2O；

(5)采用电解制备Na2FeO4，示意图中，Fe作阳极，失去电子，转化为FeO42－，阴极为水得到电子，生成H2和OH－；

①Fe作阳极，失去电子，转化为FeO42－，电极方程式为Fe+8OH--6e-=FeO42-+4H2O；

②Na2FeO4容易被H2还原，因此要需要防止阴极生成的H2还原FeO42－，离子交换膜应选择阳离子交换膜，可防止FeO42-进入阴极区被H2还原。