(10分)工业上综合利用黄铜矿(CuFeS2)制备净水剂高铁酸钠(Na2FeO4)、铜及其化合物的工业流程如下图所示:(1)冶炼铜的反应为8CuFeS2+21O
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(10分)工业上综合利用黄铜矿(CuFeS2)制备净水剂高铁酸钠(Na2FeO4)、铜及其化合物的工业流程如下图所示:
(1)冶炼铜的反应为8CuFeS2+21O28Cu+4FeO+2Fe2O3+16SO2。若中CuFeS2铁元素的化合价为+2,1molCuFeS2参与反应转移电子的物质的量为_______ mol。 (2)利用炉渣(含Fe2O3、FeO、SiO2、Al2O3)制备高铁酸钠的方法为: ①用稀盐酸浸取炉渣,过滤; ②向滤液中加入足量H2O2溶液,再加入足量NaOH溶液,过滤,将沉淀洗涤、于燥得Fe(0H)3; ③Fe(OH)3与NaClO和NaOH反应,生成高铁酸钠。 a.写出制取高铁酸钠的化学方程式:______________________; b.验证炉渣中含有FeO必要的化学试剂为________________________。 (3)制备纳米氧化亚铜(Cu2O)时用铜棒和石墨做电极,饱和食盐水做电解质,电解反应为2Cu+H2OCu2O+H2↑。铜棒上发生的电极反应式为_________________________________________。(5)直接排放含SO2的烟气会形成酸雨,危害环境。用NaOH溶液吸收SO2的过程中,pH随n(SO32-):n(HSO3-)变化关系如下表:
n(SO32-):n(HSO3-)
| 91:9
| 1:1
| 1:91
| pH(25℃)
| 8.2
| 7.2
| 6.2
| 当吸收液呈中性时,溶液中离子浓度由大到小的顺序为是________________。 |
答案
(1)12.5mol(2分) (2)2Fe(OH)3+3NaClO+4NaOH=2Na2FeO4+3NaCl+5H2O(2分) 稀硫酸 KMnO4(2分) (3)2Cu-2e-+H2O=Cu2O+2H+(2分) (4)c(Na+)>c(HSO3-)>c(SO32-) >c(OH-)=c(H+) (2分) |
解析
试题分析:(1)CuFeS2铁元素的化合价为+2,则S元素的化合价为-2价。在反应中铁元素的化合价部分从+2价升高到+3价,失去1个电子。S元素的化合价从-2价升高到+4价,失去6个电子。铜元素的化合价从+2价降低到0价,氧元素的化合价从0价降低到-2价。因此8molCuFeS2处于反应共转移电子的物质的量=8mol×2+21mol×4=100mol,则1molCuFeS2参与反应转移电子的物质的量为=12.5mol。 (2)a、Fe(OH)3与NaClO和NaOH反应,生成高铁酸钠。在反应中铁元素的化合价从+3价升高到+6价,失去3个电子。氯元素的化合价从+1价降低到-1价,得到2个电子。因此根据电子得失守恒可知,还原剂Fe(OH)3与氧化剂NaClO的物质的量之比=2:3,则反应的化学方程式为2Fe(OH)3+3NaClO+4NaOH=2Na2FeO4+3NaCl+5H2O。 b、FeO中铁元素的化合价为+2价,具有还原性。因此要验证炉渣中含有FeO,则可以用硫酸酸酸化的高锰酸钾溶液,实验现象是溶液褪色,因此需要的试剂是稀硫酸、高锰酸钾。 (3)根据总的方程式可知,在反应中铜元素的化合价升高,因此铜与电源的正极相连,作阳极,失去电子发生氧化反应,电极反应式为2Cu-2e-+H2O=Cu2O+2H+。 (4)根据表中数据可知,随着n(SO32-):n(HSO3-)的减小,溶液的酸性逐渐增强。所以当溶液显中性时n(SO32-):n(HSO3-)<1:1,则溶液中离子浓度大小顺序是c(Na+)>c(HSO3-)>c(SO32-) >c(OH-)=c(H+)。 |
举一反三
铁元素及其化合物与人类的生产生活息息相关,试回答下列问题: (1)电子工业常用30%的FeCl3溶液腐蚀敷在绝缘板上的铜箔,制造印刷电路板,该反应的离子方程式为 。 (2)已知:Fe(s)+O2(g)FeO(s) △H=-272 kJ·mol-1 C(s)+O2(g)CO2(g) △H=-393.5 kJ·mol-1 2C(s)+O2(g)2CO(g) △H=-221 kJ·mol-1 则高炉炼铁过程中 FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g) △H= 。 (3)铁红(Fe2O3)是一种红色颜料。将一定量的铁红溶于160mL 5 mol·L-1盐酸中,再加入足量铁粉,待反应结束共收集到气体2.24L(标准状况),经检测溶液中无Fe3+,则参加反应的铁粉的质量为 。 (4)以H2、O2、熔融盐Na2CO3组成燃料电池,采用电解法制备Fe(OH)2,装置如下图所示,其中P端通入CO2。
①石墨I电极上的电极反应式为 。 ②通电一段时间后,右侧玻璃管中产生大量的白色沉淀,且较长时间不变色。则下列说法中正确的是 (填序号)。A.X、Y两端都必须用铁作电极 | B.可以用NaOH溶液作为电解液 | C.阴极发生的反应是:2H2O+ 2e-= H2↑+ 2OH- | D.白色沉淀只能在阳极上产生 | ③若将所得Fe(OH)2沉淀暴露在空气中,其颜色变化为 ,该反应的化学方程式为 。 |
铁是人类生产和生活中必不可少的重要金属。
(1)自然界一共存在四种稳定的铁原子,分别是54Fe、56Fe、57Fe和58Fe,其中58Fe原子中子数与质子数之差为___________。 计算铁元素的近似相对质量的计算式为:54×a1%+56×a2%+57×a3%+58×a4%,其中a1%、a2%……是指各同位素的____________________。 (2)铁原子中有______种能量不同的电子,铁原子次外层的电子云有_____种不同的伸展方向。 (3)与铁同周期的主族元素中,最高价氧化物对应水化物中,碱性最强的化合物与酸性最强的化合物的化学反应方程式为________________________________。 (4)要用铁片、锌片、直流电源和导线完成铁片镀锌的实验,铁片应置于_________极,电解质溶液是____________________。 (5)高铁酸钠(Na2FeO4)是水处理过程中使用的一种新型净水剂,它的氧化性比高锰酸钾更强,本身在反应中被还原为Fe3+,配平制取高铁酸钠的化学方程式: ___Fe(NO3)3 + ___NaOH + ___Cl2 →___Na2FeO4 + ___NaNO3 + ___NaCl + ___H2O 高铁酸钠除了能消毒***菌外,还能吸附水中的悬浮物,其原因是______________________。 (6)0.03mol的铁加到过量的HNO3中,加热,铁完全溶解,若生成NO、NO2的混和气体共1.12L(标准状况)。将盛有此气体的容器倒扣在水中,通入标准状况下一定体积的O2,恰好使气体全部溶于水生成HNO3,则通入O2的体积________________L。 |
工业制钛白粉产生的废液中含有大量FeSO4、H2SO4和少量Fe2(SO4)3、TiOSO4,可利用酸解法生产补血剂乳酸亚铁。其生产流程如下:
已知:TiOSO4可溶于水,在水中电离为TiO2+和SO42-。请回答下列问题: (1)写出TiOSO4水解生成钛酸H4TiO4的离子方程式 。步骤①中加入足量铁屑的目的是 。 (2)工业上由H4TiO4可制得钛白粉TiO2。TiO2直接电解还原法(剑桥法)生产钛 是一种较先进的方法,电解质为熔融的CaCl2,原理如图所示,阴极的电极反应为_______________。
(3)步骤②的离子方程式是 ,所得副产品主要 是__________(填化学式)。 (4)步骤④的结晶过程中必须控制一定的真空度,原因是 。 (5)乳酸可由乙烯经下列步骤合成:
上述合成路线的总产率为60%,乳酸与碳酸亚铁反应转化为乳酸亚铁晶体的产率为90%,则生产468 kg乳酸亚铁晶体(M=234 g/mol)需要标准状况下的乙烯 m3。 |
在1 L溶液中含有Fe(NO3)3和H2SO4两种溶质,其浓度分别为0.2 mol•L-1和1.5 mol•L-1,现向该溶液中加入39.2 g铁粉使其充分反应。下列有关说法正确的是A.反应后溶液中Fe3+物质的量为0.8 mol | B.反应后产生13.44 L H2(标准状况) | C.反应后溶液中Fe2+和Fe3+物质的量之和为0.9 mol | D.由于氧化性Fe3+>H+,故反应中先没有气体产生后产生气体 |
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在FeCl3和CuSO4溶液中加入过量的铁粉,经过滤后测定反应前后溶液的质量不变(不计过滤损失)。则原来溶液中FeCl3和CuSO4的物质的量之比为 |
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