Question

【題目】粉煤灰是燃煤產(chǎn)生的重要污染物，主要成分有Al2O3、Fe2O3、Fe3O4和SiO2等物質(zhì)。綜合利用粉煤灰不僅能夠防止環(huán)境污染，還能獲得納米Fe2O3等重要物質(zhì)。

已知：

i）伯胺R－NH2能與Fe3＋反應(yīng)；3R－NH2＋Fe3＋＋SO42－＋H2OFe（NH2－R）3（OH）SO4＋H＋生成易溶于煤油的產(chǎn)物。

ii）Fe3＋在水溶液中能與Cl－反應(yīng)：Fe3＋＋6Cl－[FeCl6]3－，回答下列問(wèn)題：

（1）過(guò)程I對(duì)煤粉灰進(jìn)行酸浸過(guò)濾后，濾渣的主要成分是_________。

（2）寫(xiě)出過(guò)程II加入過(guò)量H2O2發(fā)生的離子方程式_________。加入伯胺－煤油對(duì)浸取液進(jìn)行分離，該操作的名稱(chēng)是_________。

（3）從化學(xué)平衡角度解釋過(guò)程III利用NaCl溶液進(jìn)行反萃取的原理________。

（4）過(guò)程IV中過(guò)量的N2H4將水層2中[FeCl6]3－轉(zhuǎn)化為Fe2＋，得到的Fe2＋再被O2氧化為FeOOH，其中第一步的離子方程式為4[FeCl6]3－＋5N2H4＝4Fe2＋＋N2＋.4N2H5＋＋24Cl－，該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為_________。

（5）在常壓用納米Fe2O3電化學(xué)法合成氨的裝置如圖所示。

已知電解液為熔融NaOH－KOH，納米Fe2O3在陰極發(fā)生電極反應(yīng)分兩步進(jìn)行：該電解池第二步：2Fe＋N2＋3H2O＝Fe2O3＋2NH3。則該電解池第一步發(fā)生反應(yīng)的方程式為_________。納米Fe2O3在電解過(guò)程中所起的作用是_______。

Answer 1

【答案】SiO2 2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O 萃取、分液 Fe3＋＋6Cl－[FeCl6]3－（已知ⅱ中的反應(yīng)），導(dǎo)致Fe3+濃度降低，使3R－NH2＋Fe3＋＋SO42－＋H2OFe(NH2－R)3(OH)SO4＋H＋（已知ⅰ中的反應(yīng)），平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，Fe3+從易溶于煤油的物質(zhì)中轉(zhuǎn)化到易溶于水的物質(zhì)中，實(shí)現(xiàn)反萃取。 4：1 Fe2O3+3H2O+6e-=2Fe+6OH- 催化劑

【解析】

粉煤灰主要成分有Al2O3、Fe2O3、Fe2O4和SiO2等物質(zhì)，過(guò)程Ⅰ酸浸，二氧化硅不溶于硫酸，除去二氧化硅；浸取液中含有Fe2+、Fe3+、Al3+，加入過(guò)氧化氫與Fe2+發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Fe3+，再加入伯胺R－NH2與Fe3＋反應(yīng)；3R－NH2＋Fe3＋＋SO42－＋H2OFe（NH2－R）3（OH）SO4＋H＋生成易溶于煤油的產(chǎn)物，得到有機(jī)層。對(duì)有機(jī)層進(jìn)行反萃取操作，Fe3+從易溶于煤油的物質(zhì)中轉(zhuǎn)化到易溶于水的物質(zhì)中，再經(jīng)過(guò)系列操作得到納米三氧化二鐵。

（1）過(guò)程I對(duì)煤粉灰進(jìn)行酸浸，主要成分二氧化硅不溶于酸，故過(guò)濾后濾渣的主要成分是SiO2。

（2）過(guò)程II加入過(guò)量H2O2與Fe2+發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Fe3+，離子方程式為2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O。加入伯胺－煤油對(duì)浸取液進(jìn)行分離，得到有機(jī)層和水層1，該操作的名稱(chēng)是萃取、分液。

（3）Fe3＋＋6Cl－[FeCl6]3－（已知ⅱ中的反應(yīng)），導(dǎo)致Fe3+濃度降低，使3R－NH2＋Fe3＋＋SO42－＋H2OFe(NH2－R)3(OH)SO4＋H＋（已知ⅰ中的反應(yīng)），平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，Fe3+從易溶于煤油的物質(zhì)中轉(zhuǎn)化到易溶于水的物質(zhì)中，實(shí)現(xiàn)反萃取。

（4）4[FeCl6]3－＋5N2H4＝4Fe2＋＋N2＋4N2H5＋＋24Cl－中，鐵元素化合價(jià)降低，[FeCl6]3－作氧化劑，氮元素化合升高，N2H4作還原劑，但并不是所有參與反應(yīng)的N2H4都作還原劑，5mol N2H4反應(yīng)只有1mol作還原劑，故該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為4：1。

（5）該裝置為電解裝置，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，總電極反應(yīng)為N2+6e-+6H2O=2NH3+6OH-，已知陰極發(fā)生電極反應(yīng)分兩步進(jìn)行，第二步：2Fe＋N2＋3H2O＝Fe2O3＋2NH3，則該電解池第一步發(fā)生反應(yīng)的方程式為Fe2O3+3H2O+6e-=2Fe+6OH-。納米Fe2O3在電解過(guò)程中質(zhì)量和性質(zhì)未發(fā)生改變，故其所起的作用是催化劑。