Question

10．铁及其化合物在生产和生活中有广泛的应用．
Ⅰ、高铁酸钠（Na₂FeO₄）是一种新型净水剂，工业上制备高铁酸钠的反应原理为：
Fe（OH）₃+NaClO+NaOH→Na₂FeO₄+X+H₂O（未配平），则X的电子式为，反应中被氧化的物质是Fe（OH）₃（写化学式）．
Ⅱ、铁红颜料跟某些油料混合，可以制成防锈油漆．工业制硫酸产生的硫酸渣中主要含Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等，用硫酸渣制备铁红（Fe₂O₃）的过程如图：

已知：

沉淀物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Fe（OH）2	Mg（OH）2
开始沉淀pH	2.7	3.8	7.6	9.4
完全沉淀pH	3.2	5.2	9.7	12.4

已知FeS₂是一种黄色难溶于水的固体．
（1）酸溶过程中Fe₂O₃与稀硫酸反应的化学方程式为Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄）₃+3H₂O；“滤渣A”主要成份的化学式为SiO₂．
（2）还原过程中加入FeS₂的目的是将溶液中的Fe³⁺还原为Fe²⁺，而本身被氧化为H₂SO₄，写出该反应的离子方程式FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O═15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺．
（3）为确保铁红的质量和纯度，氧化过程中加NaOH调节溶液pH的范围是3.2～3.8；如果加NaOH调节溶液pH=a，则滤液B中c（Fe³⁺）=4×10^（4-3a）mol/L（25℃时，K_sp=4×10^-38）
（4）以甲醚、空气、氢氧化钾溶液为原料，石墨为电极可以构成燃料电池．该电池负极的电极反应式为CH₃OCH₃+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O．

Answer 1

分析 Ⅰ、氧化还原反应元素化合价升降分析配平化学方程式，根据质量守恒定律的实质，反应前后各元素的原子个数相等推断X的化学式，再写出X的电子式，元素化合价升高失电子被氧化；
Ⅱ、硫酸渣中含Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等，稀硫酸溶解主要除去不与酸反应的SiO₂，加入FeS₂将溶液中的Fe³⁺还原为Fe²⁺，再加氢氧化钠和空气，调节溶液的pH的范围是3.2～3.8主要是使三价铁沉淀，而二价镁，三价铝都不沉淀，最后洗涤、烘干、研磨使氢氧化铁分解生成氧化铁，从而得到铁红；
（1）氧化铁属于碱性氧化物，与酸反应生成盐和水；Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO都和硫酸反应，二氧化硅不和酸反应；
（2）根据得失电子守恒和原子守恒来配平，FeS₂中S元素的化合价从-1价升高到+6价，2个S原子转移14个电子，Fe³⁺转移1个电子，则二者的计量数之比为1：14，根据S守恒可知SO₄^2-前面的化学计量数为2，根据氧守恒可知H₂0前面化学计量数为8，根据H守恒可知H+前化学计量数为16；
（3）根据几种离子沉淀的pH，应选择使Fe³⁺沉淀完全而其他离子不沉淀，结合溶度积常数计算分析；
（4）燃料电池通氧气的极为正极，负极发生氧化反应，书写电极反应式时要考虑电解质溶液对电极反应的影响．

解答 解：Ⅰ、根据元素化合价变化配平书写化学方程式，铁元素化合价+3价变化为+6价，氯元素化合价+1价应变化为-1价，2Fe（OH）₃+3NaClO+4NaOH=2Na₂FeO₄+3X+5H₂O可知，反应前铁、氧、氢、钠、氯的原子个数分别是：2、13、10、7、3，反应后铁、氧、氢、钠、氯的原子个数分别是：2、13、10、4、0，所以每个X中含有1个钠离子和1个氯离子，X是氯化钠，其电子式为，氢氧化铁中铁元素化合价升高被氧化，
故答案为：，Fe（OH）₃；
Ⅱ、硫酸渣中含Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等，稀硫酸溶解主要除去不与酸反应的SiO₂，加入FeS₂将溶液中的Fe³⁺还原为Fe²⁺，再加氢氧化钠和空气，调节溶液的pH的范围是3.2～3.8主要是使三价铁沉淀，而二价镁，三价铝都不沉淀，最后洗涤、烘干、研磨使氢氧化铁分解生成氧化铁，从而得到铁红；
（1）氧化铁与硫酸反应生成硫酸铁和水，方程式为：Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄） ₃+3H₂O；因二氧化硅不与硫酸反应，故“滤渣A”主要成份的化学式为SiO₂．
故答案为：Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄）₃+3H₂O；SiO₂；
（2）FeS₂中S元素的化合价从-1价升高到+6价，2个S原子转移14个电子，Fe³⁺转移1个电子，则二者的计量数之比为1：14，根据S守恒可知SO₄^2-前面的化学计量数为2，根据氧守恒可知H₂0前面化学计量数为8，根据H守恒可知H+前化学计量数为16，则反应的离子方程式为：FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O═15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺，
故答案为：FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O═15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺；
（3）根据几种离子沉淀的pH，使Fe³⁺沉淀完全的PH为3.2，其他离子开始沉淀PH为3.8，因此所选PH因介于3.2和3.8之间，如果加NaOH调节溶液的pH=a，c（OH^-）=$\frac{{10}^{-14}}{{10}^{-a}}$，25℃时，K_sp[Fe（OH）₃]=4×10^-38 ，则滤液B中的c（Fe³⁺）=$\frac{{K}_{sp}}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=$\frac{{4×10}^{-38}}{（\frac{{10}^{-14}}{{10}^{-a}}）^{3}}$=4×10^（4-3a），
故答案为：3.2～3.8，4×10^（4-3a）；
（4）以甲醚、空气、氢氧化钾溶液为原料，石墨为电极可以构成燃料电池，负极上甲醚发生氧化反应，在氢氧化钾溶液为电解液时氧化产物为K₂CO₃，则负极电极反应式为CH₃OCH₃+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O，故答案为：CH₃OCH₃+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O．

点评 本题通过制备铁红，考查了物质制备方案的设计及化学实验基本操作方法的综合应用、燃料电池的电化学原理，题目难度中等，明确制备流程及化学实验基本操作方法为解答关键，试题充分考查了学生的分析、理解能力及化学实验能力．