题目内容

【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____。

【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。

练习册系列答案
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【题目】是一种常用的还原剂、媒染剂。某化学实验小组在实验室里用如下两种方法来制备无水。有关物质的性质如下:

C6H5Cl(氯苯)

C6H4Cl2(二氯苯)

FeCl3

FeCl2

溶解性

不溶于水,易溶于苯、乙醇

不溶于C6H5Cl、C6H4Cl2、苯,易溶于乙醇,易吸水

熔点/℃

-45

53

易升华

沸点/℃

132

173

——

——

(1)用还原无水制取。有关装置如图1所示:

还原无水制取的化学方程式为________________________。

中盛放的试剂是________,按气流由左到右的方向,上述仪器的连接顺序为________填母,装置可多次使用。

该制备装置的缺点为________________________________。

(2)利用反应,制取无水并测定的转化率。按图2装置,在三颈烧瓶中放入无水氯化铁和过量的氯苯,控制反应温度在一定范围加热3h,冷却、分离提纯得到粗产品。

仪器a的作用是________________________。

反应结束后,冷却实验装置A,将三颈烧瓶内物质倒出,经过滤、洗涤、干燥后,得到粗产品。洗涤所用的试剂可以是________填名称,回收滤液中的操作方法是________。

在反应开始之前先通一段时间的目的是________________,在反应完成后继续通一段时间的作用是________________________________。

反应后将锥形瓶中溶液配成250mL,量取所配溶液,用溶液滴定,重复上述操作3次,达到滴定终点时消耗NaOH溶液的体积分别为、、,则氯化铁的转化率为________________。

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