Question

【题目】粉煤灰是燃煤产生的重要污染物，主要成分有Al2O3、Fe2O3和SiO2等物质。综合利用粉煤灰不仅能防止环境污染，还能获得纳米Fe2O3等重要物质。

回答下列问题：

（1）过程Ⅰ对粉煤灰进行酸浸过滤后，滤渣的主要成分是_____。

（2）过程Ⅱ加入伯胺—煤油后，将浸取液进行分离的操作名称是___；伯胺(R－NH2)能与Fe3＋反应生成易溶于煤油的，该反应的离子方程式为____。

（3）过程Ⅲ，利用NaCl溶液进行“反萃取”发生了______变化（填“物理”或“化学”）。

（4）过程Ⅳ分两步完成，先是过量的N2H4将水层2中的铁元素转化为Fe2＋，得到的Fe2＋再被O2氧化为FeOOH。其中第一步反应生成的含氮微粒的化学式为______。

（5）纳米Fe2O3是一种多功能材料，常压下用纳米Fe2O3电化学法合成氨的装置如图所示，其中电解液为熔融NaOH—KOH，该装置工作时可循环利用的物质是___。实验测得纳米Fe2O3在反应前后的质量和化学性质均未变，其颗粒大小变为毫米级，则说明纳米Fe2O3在电极上发生的反应过程如下：__（用化学用语表示）。

Answer 1

【答案】SiO2 分液

或） 化学 N2和N2H5＋ H2O ，

或，

或，

【解析】

粉煤灰用H2SO4浸泡，其中的Al2O3和Fe2O3会与H2SO4反应生成，Al2(SO4)3、Fe2(SO4)3；而SiO2不反应，是沉淀，过滤除去；用伯胺－煤油萃取，Fe3＋与伯胺反应，进入煤油中，从而与Al3＋分离，再用NaCl溶液，反萃取Fe3＋进入水层，再反应得到FeOOH，最后得到纳米Fe2O3。

(1)粉煤灰用H2SO4浸泡，其中的Al2O3和Fe2O3会与H2SO4反应生成，Al2(SO4)3、Fe2(SO4)3；而SiO2不反应，是沉淀，过滤除去，滤渣的主要成分是SiO2；

(2)伯胺－煤油萃取后，得到是互不相溶的液体，分离互不相溶的液体用分液；根据电荷守恒，可配平方程式；

(3)过程Ⅲ，利用NaCl溶液进行“反萃取”，Fe3＋从有机层进入到水层，说明Fe3＋形成的物质发生变化，从易溶于有机物的物质变成了易溶于水的物质，因此发生了化学变化；

(4)反萃取后，水溶液中存在Fe3＋，与N2H4反应转化为Fe2＋，Fe的化合价降低，因此N的化合价升高，根据得失电子守恒和电荷守恒，可得离子方程式为4Fe3＋＋5N2H4=4Fe2＋＋N2＋4N2H5＋，含氮微粒的化学是为N2和N2H5＋；

(5)根据示意图，N2和H2O转化了NH3，N的化合价降低，发生了还原反应，电极方程式为N2＋6H2O＋6e－=2NH3＋6OH－；而另一极，OH－失去生成O2，4OH－－4e－=O2↑＋2H2O；N2和H2O反应消耗了水，而OH－放电又生成了水，因此可循环利用的物质是H2O；

纳米Fe2O3在反应前后的质量和化学性质均未变，其颗粒大小变为毫米级，说明Fe2O3是该反应的催化剂；OH－在右侧电极失去电极，说明左侧电极得到电子发生还原反应，因此可能为Fe2O3先得到电子发生还原反应，得到还原产物，再与N2反应；Fe2O3中Fe的化合价是＋3，得到电子化合价降低可能得到还原产物Fe、Fe3O4、FeO；则纳米Fe2O3在电极上发生的反应过程可能为，或，或，