Question

【题目】粉煤灰是燃煤产生的重要污染物，主要成分有Al2O3、Fe2O3、Fe3O4和SiO2等物质。综合利用粉煤灰不仅能够防止环境污染，还能获得纳米Fe2O3等重要物质。

已知：

i）伯胺R－NH2能与Fe3＋反应；3R－NH2＋Fe3＋＋SO42－＋H2OFe（NH2－R）3（OH）SO4＋H＋生成易溶于煤油的产物。

ii）Fe3＋在水溶液中能与Cl－反应：Fe3＋＋6Cl－[FeCl6]3－，回答下列问题：

（1）过程I对煤粉灰进行酸浸过滤后，滤渣的主要成分是_________。

（2）写出过程II加入过量H2O2发生的离子方程式_________。加入伯胺－煤油对浸取液进行分离，该操作的名称是_________。

（3）从化学平衡角度解释过程III利用NaCl溶液进行反萃取的原理________。

（4）过程IV中过量的N2H4将水层2中[FeCl6]3－转化为Fe2＋，得到的Fe2＋再被O2氧化为FeOOH，其中第一步的离子方程式为4[FeCl6]3－＋5N2H4＝4Fe2＋＋N2＋.4N2H5＋＋24Cl－，该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为_________。

（5）在常压用纳米Fe2O3电化学法合成氨的装置如图所示。

已知电解液为熔融NaOH－KOH，纳米Fe2O3在阴极发生电极反应分两步进行：该电解池第二步：2Fe＋N2＋3H2O＝Fe2O3＋2NH3。则该电解池第一步发生反应的方程式为_________。纳米Fe2O3在电解过程中所起的作用是_______。

Answer 1

【答案】SiO2 2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O 萃取、分液 Fe3＋＋6Cl－[FeCl6]3－（已知ⅱ中的反应），导致Fe3+浓度降低，使3R－NH2＋Fe3＋＋SO42－＋H2OFe(NH2－R)3(OH)SO4＋H＋（已知ⅰ中的反应），平衡向逆反应方向移动，Fe3+从易溶于煤油的物质中转化到易溶于水的物质中，实现反萃取。 4：1 Fe2O3+3H2O+6e-=2Fe+6OH- 催化剂

【解析】

粉煤灰主要成分有Al2O3、Fe2O3、Fe2O4和SiO2等物质，过程Ⅰ酸浸，二氧化硅不溶于硫酸，除去二氧化硅；浸取液中含有Fe2+、Fe3+、Al3+，加入过氧化氢与Fe2+发生氧化还原反应生成Fe3+，再加入伯胺R－NH2与Fe3＋反应；3R－NH2＋Fe3＋＋SO42－＋H2OFe（NH2－R）3（OH）SO4＋H＋生成易溶于煤油的产物，得到有机层。对有机层进行反萃取操作，Fe3+从易溶于煤油的物质中转化到易溶于水的物质中，再经过系列操作得到纳米三氧化二铁。

（1）过程I对煤粉灰进行酸浸，主要成分二氧化硅不溶于酸，故过滤后滤渣的主要成分是SiO2。

（2）过程II加入过量H2O2与Fe2+发生氧化还原反应生成Fe3+，离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O。加入伯胺－煤油对浸取液进行分离，得到有机层和水层1，该操作的名称是萃取、分液。

（3）Fe3＋＋6Cl－[FeCl6]3－（已知ⅱ中的反应），导致Fe3+浓度降低，使3R－NH2＋Fe3＋＋SO42－＋H2OFe(NH2－R)3(OH)SO4＋H＋（已知ⅰ中的反应），平衡向逆反应方向移动，Fe3+从易溶于煤油的物质中转化到易溶于水的物质中，实现反萃取。

（4）4[FeCl6]3－＋5N2H4＝4Fe2＋＋N2＋4N2H5＋＋24Cl－中，铁元素化合价降低，[FeCl6]3－作氧化剂，氮元素化合升高，N2H4作还原剂，但并不是所有参与反应的N2H4都作还原剂，5mol N2H4反应只有1mol作还原剂，故该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为4：1。

（5）该装置为电解装置，阴极发生还原反应，总电极反应为N2+6e-+6H2O=2NH3+6OH-，已知阴极发生电极反应分两步进行，第二步：2Fe＋N2＋3H2O＝Fe2O3＋2NH3，则该电解池第一步发生反应的方程式为Fe2O3+3H2O+6e-=2Fe+6OH-。纳米Fe2O3在电解过程中质量和性质未发生改变，故其所起的作用是催化剂。