Question

铁是地壳中含量第二的金属元素，其单质、合金及化合物在生产生活中的应用广泛．
（一）工业废水中含有一定量的Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-，它们会对人类及生态系统产生很大的危害，必须进行处理．常用的处理方法是电解法，该法用Fe作电极电解含Cr₂O₇^2-的酸性废水，随着电解的进行，阴极附近溶 液pH升高，产生Cr（OH）₃沉淀．
（1）用Fe作电极的目的是

 

．
（2）阴极附近溶液pH升高的原因是

 

（用电极反应式解释）溶液中同时生成的沉淀还有

 

．
（二）氮化铁磁粉是一种磁记录材料，利用氨气在400⁰C以上分解得到的氮原子渗透到高纯铁粉中可制备氮 化铁．制备高纯铁粉涉及的主要生产流程如图：

已知：①某赤铁矿石含60.0% Fe₂O₃、3.6% FeO，还含有A1₂O₃、MnO₂、CuO等．
②部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的PH如表：

沉淀物	AI（OH）3	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Cu（OH）2
pH	5.2	3.2	9.7	6.7

（3）步骤②中加双氧水的目的是

 

，pH控制在3.4的作用是

 

．已知25°C时，K_SP[Cu（OH）₂]=2.0×10^-20，该温度下反应：Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺的平衡常数K=

 

．
（4）如何判断步骤③中沉淀是否洗涤干净？

 

（5）制备氮化铁磁粉的反应：Fe+NH₃→_550℃^H₂Fe_rN_y+H₂（未配平），若整个过程中消耗氨气34.0g，消耗赤铁矿石2kg，设整个过程中无损耗，则氮化铁磁粉的化学式为

 

．

Answer 1

考点：铁的化学性质,原电池和电解池的工作原理,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质

专题：

分析：（一）（1）阳极是活性电极时，阳极本身失电子，生成阳离子；
（2）溶液PH升高的原因是溶液中氢离子浓度减少，即氢离子在阴极得电子，PH升高，氢氧根离子浓度增大，离子浓度幂的乘积大于溶度积，所以金属阳离子会生成氢氧化物沉淀；
（二）（3）步骤②中利用双氧水的氧化性，pH控制在3.4可使铁离子完全转化为沉淀，25℃时，c（Cu²⁺）×c（OH^-）²=2.0×10^-20，Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺的平衡常数K=

c2(H+)

c(Cu2+)

；
（4）取少量最后一次洗涤液于试管中，加入氯化钡溶液检验是否含有硫酸根离子设计实验；
（5）根据元素守恒确定含铁的物质的量，计算铁和氨气的物质的量之比，得到反应中的系数，根据原子守恒确定分子式．

解答： 解：（一）（1）在电解法除铬中，铁作阳极，阳极反应为Fe-2e^-═Fe²⁺，以提供还原剂Fe²⁺，故答案为：提供还原剂Fe²⁺；
（2）在阴极附近溶液pH升高的原因是水电离产生的H⁺放电生成H₂的同时，大量产生了OH^-，电极反应为：2H⁺+2e^-=H₂↑（或2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-），所以溶液中的Fe³⁺也将转化为Fe（OH）₃沉淀，
故答案为：2H⁺+2e^-=H₂↑（或2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-）；Fe（OH）₃；
（二）（3）步骤②中利用双氧水的氧化性将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，由表格中的数据可知pH控制在3.4可使铁离子完全转化为沉淀，而其他离子不沉淀；25℃时，c（Cu²⁺）×c（OH^-）²=2.0×10^-20，Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺的平衡常数K=

c2(H+)

c(Cu2+)

=

Kw2

Ksp

=

(1×10-14)2

2.0×1020

=5.0×10^-9，
故答案为：5.0×10^-9；
（4）取少量最后一次洗涤液于试管中，加入氯化钡溶液检验是否含有硫酸根离子设计实验，取少量最后一次洗涤液于试管中，加入BaCl₂溶液，若有白色沉淀生成，则表明沉淀没有洗净；若无沉淀生成，则表明已洗净；
故答案为：取少量最后一次洗涤液于试管中，加入BaCl₂溶液，若有白色沉淀生成，则表明沉淀没有洗净；若无沉淀生成，则表明已洗净；
（5）赤铁矿石2kg含铁的物质的量为：

2000×60%

160

mol=16mol，氨气的物质的量为：

34g

17g/mol

=2mol，此反应中，铁和氨气的物质的量之比是8：1，反应为：16Fe+2NH₃

H2      .

550℃

2Fe_xN_y+3H₂，所以Fe_xN_y的化学式为：Fe₈N，故答案为：Fe₈N．

点评：本题以实验形式考查电解原理及难溶电解质的溶解平衡和沉淀转化，注意氧化还原反应及表格数据的应用，题目难度中等．