Question

铁是地壳中含量第二的金属元素，其单质、合金及化合物在生产生活中的应用广泛。
(―)工业废水中含有一定量的Cr₂O₇^2－和CrO₄^2－，它们会对人类及生态系统产生很大的危害，必须进行处理。常用的处理方法是电解法，该法用Fe作电极电解含Cr₂O₇^2－的酸性废水，随着电解的进行，阴极附近溶液pH升高，产生Cr（OH）₃沉淀。
（1）用Fe作电极的目的是   。
（2）阴极附近溶液pH升高的原因是_                            (用电极反应式解释）；溶液中同时生成的沉淀还有   。
(二)氮化铁磁粉是一种磁记录材料，利用氨气在400℃以上分解得到的氮原子渗透到高纯铁粉中可制备氮化铁。制备高纯铁粉涉及的主要生产流程如下：

已知①某赤铁矿石含60.0%Fe₂O₃、3.6%FeO，还含有Al₂O₃、MnO₂、CuO等。
②部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH如下：

（3）步骤②中加双氧水的目的是                         ，pH控制在3.4的作用是              ，已知25℃时，K_sp[Cu（OH）₂] =2.010^-20，该温度下反应：Cu^2＋＋2H₂OCu(OH)₂＋2H^＋的平衡常数K=             。
（4）如何判断步骤③中沉淀是否洗涤干净？                             。
（5）制备氮化铁磁粉的反应：Fe＋NH₃Fe_xN_y＋H₂ (未配平）,若整个过程中消耗氨气34.0g，消耗赤铁矿石2kg，设整个过程中无损耗，则Fe_xN_y磁粉的化学式为            。

Answer 1

（1）提供还原剂Fe²⁺
（2）2H^＋＋2e^－=H₂↑(或2H₂O－2e^－=H₂＋2OH^－)；Fe(OH)₃
（3）将溶液中的Fe²⁺氧化为Fe³⁺；使溶液中的Fe³⁺完全沉淀，而其他金属离子不沉淀；5.0×10^-9
（4）取少量最后一次洗涤液于试管中，滴加BaCl₂溶液，若有白色沉淀生成，则表明沉淀没有洗净；若无沉淀生成，则表明已洗净。
（5）Fe₈N

试题分析：（1）根据题意，Cr₂O₇^2－和CrO₄^2－被还原为Cr³⁺，因此需要还原剂，而Fe作电极电解时产生的Fe²⁺具有还原性，Fe²⁺被氧化为Fe³⁺。
（2）电解时，阴极H⁺放电产生H₂，剩余OH^-，溶液显碱性。溶液中的金属离子除了Cr³⁺，还有Fe³⁺，因此还会生成Fe(OH)₃。
（3）根据流程图，沉淀只有Fe(OH)₃，为使铁离子完全沉淀，需将Fe²⁺转化为Fe³⁺，加双氧水是为了将Fe²⁺氧化为Fe³⁺。根据金属离子沉淀时的pH，可知控制pH=3.4，是为了使铁完全沉淀，而其他离子不沉淀，得到纯净的铁的化合物。反应平衡常数，代入数据可得K=5.0×10^-9。
（4）流程中第一步用硫酸溶解固体，故检验沉淀是否洗净，可检验沉淀中是否含有SO₄^2-。
（5）2kg矿石中的含铁量为：，氨气的物质的量为，即反应中n(Fe):n(NH₃)=8:1，因此反应的化学方程式为16Fe＋2NH₃2Fe₈N＋3H₂。