Question

【題目】高鐵酸鈉(Na2FeO4)是一種高效、新型的水處理劑，在堿性條件下較穩定；在中性或弱酸性條件下轉化為Fe(OH)3和O2；易被H2還原。工業上以黃鐵礦(主要成分為FeS2，含有少量NiS、CuS、SiO2等雜質)為原料制備Na2FeO4并回收某些金屬資源的工藝流程如圖：

已知：

Ⅰ.“焙燒”后礦石中的金屬元素均以氧化物的形式存在。

Ⅱ.溶液中離子濃度小于1×10-5mol/L時，該離子沉淀完全。

（1）“粉碎”的目的是___。

（2）氣體X為__，濾渣1為__。

（3）流程中“調節pH1”的實驗操作目的是___。

（4）“轉化”過程中發生的主要反應的離子方程式為___。

（5）采用電解法制備Na2FeO4的工作原理如圖所示：

①該裝置工作時，陽極的電極反應式為___。

②離子交換膜應選用___(填“陰”或“陽”)離子交換膜，原因____。

Answer 1

【答案】加快“焙燒”速率，使“焙燒”更充分 X為SO2 濾渣1為SiO2 “調節pH1”目的是使Fe3+轉化為Fe(OH)3沉淀而Cu2+和Ni2+不沉淀 2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O Fe+8OH--6e-=FeO42-+4H2O 陽 可防止FeO42-進入陰極區被H2還原

【解析】

黃鐵礦粉碎，增大與空氣的接觸面積，可加快化學反應速率，是焙燒更加充分。充分焙燒后，得各金屬的氧化物以及SiO2，礦石中的硫元素轉化為SO2，加入稀硫酸酸化，SiO2不與硫酸反應過濾除去，而金屬氧化物與硫酸反應得到硫酸鹽，調節pH1，在濾渣2中得到Fe(OH)3，Fe(OH)3、NaClO、NaOH反應得到Na2FeO4。濾液2中有Cu2＋和Ni2＋；調節pH2，分離Ni和Cu；Ni(OH)2最終轉化為Ni(CO)4。

(1)黃鐵礦粉碎，可以增大固體的表面積，加快“焙燒速率”，使“焙燒”更充分；

(2)根據元素守恒，黃鐵礦焙燒時，金屬元素均轉化為其氧化物，因此氣體X為SO2；金屬氧化物均與硫酸反應轉化為可溶于水的硫酸鹽，而SiO2不與硫酸反應，因此濾渣1為SiO2；

(3)根據流程圖，濾渣2最終轉化為Na2FeO4，因此濾渣2為Fe(OH)3，調節pH1的目的是使Fe3＋轉化為Fe(OH)3，與Cu2＋、Ni2＋分離；

(4)轉化過程，Fe(OH)3、NaOH和NaClO轉化為Na2FeO4，Fe的化合價從＋3價升高到＋6價，Cl的化合價從＋1價降低到－1價，化合價升降守恒，Fe(OH)3和ClO－的系數為2：3，再根據質量守恒和電荷守恒配平，離子方程式為2Fe(OH)3+3ClO－+4OH－=FeO42－+3Cl－+5H2O；

(5)采用電解制備Na2FeO4，示意圖中，Fe作陽極，失去電子，轉化為FeO42－，陰極為水得到電子，生成H2和OH－；

①Fe作陽極，失去電子，轉化為FeO42－，電極方程式為Fe+8OH--6e-=FeO42-+4H2O；

②Na2FeO4容易被H2還原，因此要需要防止陰極生成的H2還原FeO42－，離子交換膜應選擇陽離子交換膜，可防止FeO42-進入陰極區被H2還原。