Question

14．工业上用黄铁矿（主要成分：FeS₂，含有少量Fe₂O₃和SiO₂，其它杂质不考虑）制备高效净水剂K₂FeO₄的工业流程如图：

已知：25℃时，Fe（OH）₃的K_SP=1.0×10^-38；溶液中离子浓度小于10^-5mol•L^-1时，认为离子沉淀完全．请回答：
（1）写出制备副产物“氮肥”的化学方程式2SO₂+4NH₃．H₂O+O₂=2（NH₄）₂SO₄+2H₂O．
（2）由FeCl₃溶液制备Fe（OH）₃时，若使溶液中的Fe³⁺沉淀完全，需调节溶液的pH至少为3．Fe（OH）₃转化为Na₂FeO₄的离子方程式为2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．
（3）高温煅烧黄铁矿的化学方程式为4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂．
（4）操作I的具体步骤为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤．
（5）检验煅烧后生成气体中有SO₂的方法为将生成的气体通入品红溶液中，褪色，加热，又恢复红色，则气体为二氧化硫．
（6）工业上也可用Fe做阳极电解KOH溶液的方法制备K₂FeO₄，则阳极反应式为Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O．

Answer 1

分析 黄铁矿煅烧后生成Fe₂O₃和SO₂，向固体中加入稀盐酸，Fe₂O₃和HCl反应生成FeCl₃和H₂O，SiO₂不反应，过滤得到滤液，滤液中含有FeCl₃，滤渣中含有SiO₂，得到的气体通入氨水中并通入空气得到硫酸铵化肥；FeCl₃和碱溶液反应得到Fe（OH）₃沉淀，在Fe（OH）₃中加入足量NaOH溶液、NaClO溶液发生反应生成Na₂FeO₄，向Na₂FeO₄溶液中加入KCl固体，发生复分解反应生成K₂FeO₄，分离提纯得到K₂FeO₄，通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到K₂FeO₄晶体，
（1）二氧化硫、氨水、氧气发生氧化还原反应生成硫酸铵和水，二氧化硫是还原剂、氧气是氧化剂；
（2）当Fe³⁺完全沉淀时，c（Fe³⁺）＜10^-5mol•L^-1，则该溶液中c（OH-）=$\root{3}{\frac{{K}_{sp}[Fe（OH）_{3}]}{c（F{e}^{3+}）}}$=$\root{3}{\frac{1.0×1{0}^{-38}}{1{0}^{-5}}}$mol/L=10^-11mol/L，溶液中c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-11}}$mol/L=0.001mol/L；
Fe（OH）₃和NaOH、NaClO发生氧化还原反应生成Na₂FeO₄、NaCl和水；
（3）高温煅烧黄铁矿时，FeS₂和氧气发生氧化还原反应生成氧化铁和二氧化硫；
（4）从溶液中获取晶体采用蒸发浓缩、冷却结晶、过滤的方法；
（5）二氧化硫能使品红溶液褪色，可以用品红溶液检验二氧化硫；
（6）工业上也可用Fe做阳极电解KOH溶液的方法制备K₂FeO₄，阳极上Fe失电子和OH^-反应生成FeO₄^2-和水．

解答 解：黄铁矿煅烧后生成Fe₂O₃和SO₂，向固体中加入稀盐酸，Fe₂O₃和HCl反应生成FeCl₃和H₂O，SiO₂不反应，过滤得到滤液，滤液中含有FeCl₃，滤渣中含有SiO₂，得到的气体通入氨水中并通入空气得到硫酸铵化肥；FeCl₃和碱溶液反应得到Fe（OH）₃沉淀，在Fe（OH）₃中加入足量NaOH溶液、NaClO溶液发生反应生成Na₂FeO₄，向Na₂FeO₄溶液中加入KCl固体，发生复分解反应生成K₂FeO₄，分离提纯得到K₂FeO₄，通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到K₂FeO₄晶体；
（1）二氧化硫、氨水、氧气发生氧化还原反应生成硫酸铵和水，二氧化硫是还原剂、氧气是氧化剂，反应方程式为2SO₂+4NH₃．H₂O+O₂=2（NH₄）₂SO₄+2H₂O，
故答案为：2SO₂+4NH₃．H₂O+O₂=2（NH₄）₂SO₄+2H₂O；
（2）当Fe³⁺完全沉淀时，c（Fe³⁺）＜10^-5mol•L^-1，则该溶液中c（OH-）=$\root{3}{\frac{{K}_{sp}[Fe（OH）_{3}]}{c（F{e}^{3+}）}}$=$\root{3}{\frac{1.0×1{0}^{-38}}{1{0}^{-5}}}$mol/L=10^-11mol/L，溶液中c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-11}}$mol/L=0.001mol/L，溶液的pH=3；
Fe（OH）₃和NaOH、NaClO发生氧化还原反应生成Na₂FeO₄、NaCl和水，离子方程式为 2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，
故答案为：3； 2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
（3）高温煅烧黄铁矿时，FeS₂和氧气发生氧化还原反应生成氧化铁和二氧化硫，反应方程式为 4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，
故答案为：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；
（4）从溶液中获取晶体采用蒸发浓缩、冷却结晶、过滤的方法，所以操作I为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤；
（5）二氧化硫能使品红溶液褪色，可以用品红溶液检验二氧化硫，其检验方法为将生成的气体通入品红溶液中，褪色，加热，又恢复红色，则气体为二氧化硫，
故答案为：将生成的气体通入品红溶液中，褪色，加热，又恢复红色，则气体为二氧化硫；
（6）工业上也可用Fe做阳极电解KOH溶液的方法制备K₂FeO₄，阳极上Fe失电子和OH^-反应生成FeO₄^2-和水，电极反应式为Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O，故答案为：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O．

点评 本题以化学工艺流程为载体考查物质制备，为高频考点，涉及氧化还原反应、电解原理、物质检验、难溶物溶解平衡、物质分离提纯等知识点，侧重考查学生对化学反应原理、元素化合物知识的理解和掌握及化学知识的综合运用能力，难点是电极反应式的书写，能从整体上把握分析工艺流程是解本题关键，题目难度中等．