Question

14．鐵單質及其化合物在生活、生產中有廣泛應用．請回答下列問題：
（1）黃鐵礦（FeS₂）是生產硫酸和冶煉鋼鐵的重要原料．其中一個反應為3FeS₂+8O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$6SO₂+Fe₃O₄，3 mol FeS₂參加反應轉移32mol 電子．
（2）氯化鐵溶液常用作印刷電路銅板腐蝕劑，反應的離子方程式為2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺．從腐蝕廢液回收得到金屬銅還需要的試劑為鐵粉、稀鹽酸．
（3）與明礬相似，硫酸鐵也可用于凈水，其原理是Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺（用離子方程式表示）；在使用時發(fā)現硫酸鐵并不能使酸性廢水中的懸浮物沉降除去，其原因是酸性條件下抑制了三價鐵離子的水解，無法生成氫氧化鐵膠體，不能使懸浮物沉淀除去．
（4）鋼鐵的電化學腐蝕簡單示意圖如圖，發(fā)生吸氧腐蝕時，正極的電極反應式為O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-；該圖稍作修改即可成為鋼鐵電化學防護的簡單示意圖，請完成防護的簡單示意圖并標出電子流動的方向．
（5）鐵紅是一種紅色顏料，其成分是Fe₂O₃．將一定量的鐵紅溶于160mL5mol/L鹽酸中，再加入一定量鐵粉恰好溶解，收集到2.24L氫氣（標準狀況），經檢驗，溶于中無Fe³⁺，則參加反應的鐵粉的質量為11.2g．

Answer 1

分析 （1）反應3FeS₂+8O₂=Fe₃O₄+6SO₂中Fe元素化合價又+2→+3，化合價升高，S元素化合價由-1→+4，化合價升高，O元素化合價由0→-2，化合價降低，依據化合價變化計算轉移電子數目；
（2）三價鐵離子與銅發(fā)生氧化還原反應生成二價鐵離子和銅離子；腐蝕廢液含有銅離子、二價鐵離子，加熱過量鐵粉將三價鐵離子轉化為二價鐵離子，銅離子轉化為銅，然后加入過量鹽酸溶解過量的鐵粉；
（3）三價鐵離子水解生成氫氧化鐵和氫離子，氫氧化鐵膠體具有吸附性，能夠凈水；依據化學平衡移動影響因素判斷解答；
（4）鋼鐵的吸氧腐蝕，正極氧氣得到電子發(fā)生還原反應結合水生成氫氧根離子；要防止鐵的腐蝕，可以將碳換成鋅，形成原電池，采取犧牲陽極的陰極保護法，依據原電池工作原理判斷電子流向；
（5）參加反應的鐵粉為與鐵離子反應及與氫離子反應的兩部分之和，根據氫氣的體積計算出與鹽酸反應的鐵的物質的量及HCl的物質的量，再根據氯原子守恒，求出氯化鐵的物質的量，進而求出與鐵離子反應的鐵的物質的量．

解答 解：（1）反應3FeS₂+8O₂=Fe₃O₄+6SO₂，前后各元素化合價的變化情況如下：
Fe：+2→+3，化合價升高；S：-1→+4，化合價升高；O：0→-2，化合價降低，3molFeS₂參加反應，轉移電子的物質的量為32mol，
故答案為：32；
（2）三價鐵離子與銅發(fā)生氧化還原反應生成二價鐵離子和銅離子，2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，腐蝕廢液含有銅離子、二價鐵離子，加熱過量鐵粉將三價鐵離子轉化為二價鐵離子，銅離子轉化為銅，然后加入過量鹽酸溶解過量的鐵粉；
故答案為：2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺；鐵粉、鹽酸；
（3）三價鐵離子水解生成氫氧化鐵和氫離子，離子方程式：Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺；酸性廢水中含有大量氫離子，酸性條件下抑制了三價鐵離子的水解，無法生成氫氧化鐵膠體，不能使懸浮物沉淀除去；
故答案為：：Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺；酸性條件下抑制了三價鐵離子的水解，無法生成氫氧化鐵膠體，不能使懸浮物沉淀除去；
（4）鋼鐵的吸氧腐蝕，正極氧氣得到電子發(fā)生還原反應結合水生成氫氧根離子，電極反應式為：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-；要想防止鐵的腐蝕可以采取，犧牲陽極的陰極保護，將碳棒換為鋅棒，電子有負極流向正極：

；
故答案為：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-；；

（5）氫氣的物質的量為 $\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，
Fe～～～～2HCl～～～H₂，
0.1mol 0.2mol 0.1mol
根據氯原子守恒，所以氯化鐵的物質的量為$\frac{1}{3}$×（0.16L×5mol/L-0.2mol）=0.2mol，
Fe～～～2FeCl₃
0.1mol 0.2mol
所以參加反應的鐵粉的質量為（0.1mol+0.1mol）×56g/mol=11.2g，
故答案為：11.2g；

點評 本題考查了鐵的性質及原電池工作原理及金屬的腐蝕與防護，明確鐵的化學性質、金屬腐蝕的電化學防護法是解題關鍵，題目難度不大．