Question

14．工業(yè)上用黃鐵礦（主要成分：FeS₂，含有少量Fe₂O₃和SiO₂，其它雜質(zhì)不考慮）制備高效凈水劑K₂FeO₄的工業(yè)流程如圖：

已知：25℃時，F(xiàn)e（OH）₃的K_SP=1.0×10^-38；溶液中離子濃度小于10^-5mol•L^-1時，認(rèn)為離子沉淀完全．請回答：
（1）寫出制備副產(chǎn)物“氮肥”的化學(xué)方程式2SO₂+4NH₃．H₂O+O₂=2（NH₄）₂SO₄+2H₂O．
（2）由FeCl₃溶液制備Fe（OH）₃時，若使溶液中的Fe³⁺沉淀完全，需調(diào)節(jié)溶液的pH至少為3．Fe（OH）₃轉(zhuǎn)化為Na₂FeO₄的離子方程式為2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．
（3）高溫煅燒黃鐵礦的化學(xué)方程式為4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂．
（4）操作I的具體步驟為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾．
（5）檢驗(yàn)煅燒后生成氣體中有SO₂的方法為將生成的氣體通入品紅溶液中，褪色，加熱，又恢復(fù)紅色，則氣體為二氧化硫．
（6）工業(yè)上也可用Fe做陽極電解KOH溶液的方法制備K₂FeO₄，則陽極反應(yīng)式為Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O．

Answer 1

分析 黃鐵礦煅燒后生成Fe₂O₃和SO₂，向固體中加入稀鹽酸，F(xiàn)e₂O₃和HCl反應(yīng)生成FeCl₃和H₂O，SiO₂不反應(yīng)，過濾得到濾液，濾液中含有FeCl₃，濾渣中含有SiO₂，得到的氣體通入氨水中并通入空氣得到硫酸銨化肥；FeCl₃和堿溶液反應(yīng)得到Fe（OH）₃沉淀，在Fe（OH）₃中加入足量NaOH溶液、NaClO溶液發(fā)生反應(yīng)生成Na₂FeO₄，向Na₂FeO₄溶液中加入KCl固體，發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成K₂FeO₄，分離提純得到K₂FeO₄，通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾得到K₂FeO₄晶體，
（1）二氧化硫、氨水、氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸銨和水，二氧化硫是還原劑、氧氣是氧化劑；
（2）當(dāng)Fe³⁺完全沉淀時，c（Fe³⁺）＜10^-5mol•L^-1，則該溶液中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發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Na₂FeO₄、NaCl和水；
（3）高溫煅燒黃鐵礦時，F(xiàn)eS₂和氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氧化鐵和二氧化硫；
（4）從溶液中獲取晶體采用蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾的方法；
（5）二氧化硫能使品紅溶液褪色，可以用品紅溶液檢驗(yàn)二氧化硫；
（6）工業(yè)上也可用Fe做陽極電解KOH溶液的方法制備K₂FeO₄，陽極上Fe失電子和OH^-反應(yīng)生成FeO₄^2-和水．

解答 解：黃鐵礦煅燒后生成Fe₂O₃和SO₂，向固體中加入稀鹽酸，F(xiàn)e₂O₃和HCl反應(yīng)生成FeCl₃和H₂O，SiO₂不反應(yīng)，過濾得到濾液，濾液中含有FeCl₃，濾渣中含有SiO₂，得到的氣體通入氨水中并通入空氣得到硫酸銨化肥；FeCl₃和堿溶液反應(yīng)得到Fe（OH）₃沉淀，在Fe（OH）₃中加入足量NaOH溶液、NaClO溶液發(fā)生反應(yīng)生成Na₂FeO₄，向Na₂FeO₄溶液中加入KCl固體，發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成K₂FeO₄，分離提純得到K₂FeO₄，通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾得到K₂FeO₄晶體；
（1）二氧化硫、氨水、氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸銨和水，二氧化硫是還原劑、氧氣是氧化劑，反應(yīng)方程式為2SO₂+4NH₃．H₂O+O₂=2（NH₄）₂SO₄+2H₂O，
故答案為：2SO₂+4NH₃．H₂O+O₂=2（NH₄）₂SO₄+2H₂O；
（2）當(dāng)Fe³⁺完全沉淀時，c（Fe³⁺）＜10^-5mol•L^-1，則該溶液中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發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Na₂FeO₄、NaCl和水，離子方程式為 2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，
故答案為：3； 2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
（3）高溫煅燒黃鐵礦時，F(xiàn)eS₂和氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氧化鐵和二氧化硫，反應(yīng)方程式為 4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，
故答案為：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；
（4）從溶液中獲取晶體采用蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾的方法，所以操作I為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾，
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾；
（5）二氧化硫能使品紅溶液褪色，可以用品紅溶液檢驗(yàn)二氧化硫，其檢驗(yàn)方法為將生成的氣體通入品紅溶液中，褪色，加熱，又恢復(fù)紅色，則氣體為二氧化硫，
故答案為：將生成的氣體通入品紅溶液中，褪色，加熱，又恢復(fù)紅色，則氣體為二氧化硫；
（6）工業(yè)上也可用Fe做陽極電解KOH溶液的方法制備K₂FeO₄，陽極上Fe失電子和OH^-反應(yīng)生成FeO₄^2-和水，電極反應(yīng)式為Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O，故答案為：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O．

點(diǎn)評 本題以化學(xué)工藝流程為載體考查物質(zhì)制備，為高頻考點(diǎn)，涉及氧化還原反應(yīng)、電解原理、物質(zhì)檢驗(yàn)、難溶物溶解平衡、物質(zhì)分離提純等知識點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)原理、元素化合物知識的理解和掌握及化學(xué)知識的綜合運(yùn)用能力，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書寫，能從整體上把握分析工藝流程是解本題關(guān)鍵，題目難度中等．