Question

16．一種以黃鐵礦（主要含F(xiàn)eS₂）為原料制備磁性納米四氧化三鐵的工藝流程如下，其中煅燒后的燒渣含有（Fe₂O₃、SiO₂、FeO），回答下列問題；

（1）煅燒時(shí)的主要方程式為4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，F(xiàn)eS₂發(fā)生了氧化反應(yīng)（填“氧化”或“還原”）；當(dāng)有1molSO₂生成時(shí)，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為5.5mol．
（2）尾氣中的SO₂對(duì)環(huán)境有污染，一種電化學(xué)治污的裝置如圖1，通SO₂一側(cè)的電極反應(yīng)式為SO₂-2e+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺．
（3）酸溶時(shí)需保持鹽酸過量，其目的是抑制Fe²⁺和Fe³⁺水解以及提高浸出率．
（4）若不能產(chǎn)生新的雜質(zhì)，在調(diào)節(jié)比例前檢測(cè)發(fā)現(xiàn)n（Fe²⁺）/n（Fe³⁺）偏高，則加入的A是Cl₂（填化學(xué)式），若比例偏低，加入的A是Fe（填化學(xué)式）．
（5）寫出沉淀發(fā)生的離子反應(yīng)方程：Fe²⁺+2Fe³⁺+8NH₃•H₂O=Fe₃O₄↓+8NH₄⁺+4H₂O．
（6）沉淀步驟中維持n（Fe²⁺）/n（Fe³⁺）比例和控制一定的條件對(duì)得到高純度的納米磁性Fe₃O₄非常關(guān)鍵，根據(jù)Fe²⁺、Fe³⁺的性質(zhì)和下邊提供的數(shù)據(jù)，在實(shí)際生產(chǎn)中需要采取的措施是持續(xù)往體系通入氮?dú)�，控制溫度�?0℃和溶液的PH為9．

溫度/℃	產(chǎn)品顏色
35	灰色
40	灰黑
60	黑色
65	紅黑
80	黑褐

Answer 1

分析 （1）氧化還原反應(yīng)中元素化合價(jià)升高的元素被氧化，對(duì)應(yīng)的反應(yīng)物為還原劑，反之為氧化劑，被還原，4FeS₂+11O₂=2Fe₂O₃+8SO₂中，F(xiàn)e、S元素的化合價(jià)升高，O元素的化合價(jià)降低，根據(jù)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)與二氧化硫的關(guān)系計(jì)算轉(zhuǎn)移的電子數(shù)；
（2）裝如圖1中，通入二氧化硫的電極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，為負(fù)極；
（3）Fe²⁺和Fe³⁺易水解，水解呈酸性，加入過量鹽酸是抑制亞鐵離子、鐵離子的水解，酸溶還可以提高浸出率；
（4）氯氣是強(qiáng)氧化劑，可以氧化亞鐵離子；n（Fe²⁺）/n（Fe³⁺）偏高，通入氯氣氧化亞鐵離子，偏低加入鐵粉還原鐵離子；
（5）Fe²⁺和Fe³⁺與氨水反應(yīng)生成沉淀，過濾洗滌得到四氧化三鐵，所以沉淀為四氧化三鐵，據(jù)此書寫離子反應(yīng)方程式；
（6）根據(jù)產(chǎn)品的顏色選擇實(shí)際生產(chǎn)需控制的溫度，根據(jù)圖表磁化強(qiáng)度與PH的關(guān)系分析采取的措施，F(xiàn)e²⁺具有還原性，F(xiàn)e³⁺具有氧化性，需通入保護(hù)氣防止分別被氧化、還原．

解答 解：（1）反應(yīng)4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，反應(yīng)中氧氣中氧元素化合價(jià)從0價(jià)變化為-2價(jià)；氧元素被還原，鐵元素化合價(jià)從+2價(jià)變化為+3價(jià)，硫元素化合價(jià)從-1價(jià)變化為+4價(jià)，F(xiàn)eS₂作還原劑，硫元素和鐵元素被氧化，4molFeS₂參加反應(yīng)轉(zhuǎn)移44mol電子，生成8molSO₂，當(dāng)有1molSO₂生成時(shí)，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為：$\frac{44}{8}$=5.5mol，
故答案為：5.5；
（2）裝如圖1中，該電極上二氧化硫失電子和水反應(yīng)生成硫酸，所以該電極為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為SO₂-2e+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：SO₂-2e+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺；
（3）煅燒后的礦渣酸溶后含有Fe²⁺和Fe³⁺，F(xiàn)e²⁺和Fe³⁺易水解，水解呈酸性，酸溶時(shí)需保持鹽酸過量，能抑制亞鐵離子、鐵離子的水解，同時(shí)過量的酸溶還可以提高浸出率，
故答案為：抑制Fe²⁺和Fe³⁺水解以及提高浸出率；
（4）酸溶時(shí)加入鹽酸，引入氯離子，在調(diào)節(jié)比例前檢測(cè)發(fā)現(xiàn)n（Fe²⁺）/n（Fe³⁺）偏高，需通氯氣氧化，氯氣氧化亞鐵離子為鐵離子，發(fā)生的主要反應(yīng)的離子方程式為：Cl₂+2Fe²⁺=2Cl^-+2Fe³⁺；若比例偏低，需將鐵離子還原成亞鐵離子，需加鐵粉，反應(yīng)為：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，
故答案為：Cl₂，F(xiàn)e；
（5）根據(jù)題干信息，F(xiàn)e²⁺和Fe³⁺與氨水反應(yīng)生成沉淀，過濾洗滌得到四氧化三鐵，所以沉淀為四氧化三鐵，反應(yīng)的離子方程式為：Fe²⁺+2Fe³⁺+8NH₃•H₂O=Fe₃O₄↓+8NH₄⁺+4H₂O，
故答案為：Fe²⁺+2Fe³⁺+8NH₃•H₂O=Fe₃O₄↓+8NH₄⁺+4H₂O；
（6）四氧化三鐵俗名為磁性氧化鐵，顏色為黑色，所以實(shí)際生產(chǎn)中需控制溫度為60℃，從圖2中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)PH=9時(shí)，產(chǎn)品磁化強(qiáng)度最高，所以控制溶液的H=9，F(xiàn)e²⁺具有還原性，F(xiàn)e³⁺具有氧化性，所以持續(xù)往體系通入氮?dú)庾鞅Ｗo(hù)氣，
故答案為：持續(xù)往體系通入氮?dú)�，控制溫度�?0℃和溶液的PH為9．

點(diǎn)評(píng) 本題考查磁性納米四氧化三鐵實(shí)驗(yàn)制備方案設(shè)計(jì)，為高頻考點(diǎn)，涉及鹽類水解、氧化還原反應(yīng)等知識(shí)點(diǎn)，熟悉圖中信息及基本操作方法、明確反應(yīng)原理及物質(zhì)性質(zhì)是解本題關(guān)鍵，題目難度中等．