Question

【题目】粉煤灰是燃煤产生的重要污染物，主要成分有A12O3、Fe2O3、Fe3O4和SiO2等物质。综合利用粉煤灰不仅能够防止环境污染，还能获得纳米Fe2O3等重要物质。

已知：i伯胺R-NH2能与Fe3+反应：3R-NH2+Fe3++SO42-+H2OFe(NH2-R)(OH)SO4+H+生成易溶于煤油的产物。

ii Fe3+在水溶液中能与Cl-反应：Fe3++6Cl-[FeCl6]3-

(1)写出过程I中Fe2O3发生反应的离子方程式：____。

(2)过程II加入过量H2O2的作用是 ___ 。

(3)过程II加入伯胺一煤油对浸取液进行分离，该操作的名称是_____。

(4)从化学平衡角度解释过程III利用NaCI溶液进行反萃取的原理：_____。

(5) N2H4具有碱性，可与H+结合生成N2H5+。过程IV中先用过量的N2H4将水层2中Fe3+转化为Fe2+并生成N2，反应的离子方程式为____，得到的Fe2+再被O2氧化为FeOOH。

(6)纳米Fe2O3在常压电化学法合成氨过程中起催化作用。该电解装置如图所示。

已知熔融NaOH-KOH为电解液，Fe2O3在阴极发生电极反应生成中间体Fe。用化学用语表示Fe2O3在阴极催化生成NH3的反应过程。

第一步：____，

第二步：____。

Answer 1

【答案】Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O 将Fe2+完全氧化为Fe3+，有利于与伯胺反应，提高萃取率 萃取、分液 Fe3++6Cl-[FeCl6]3-（已知ii中的反应）使Fe3+浓度下降，3R-NH2+Fe3++SO42-+H2OFe(NH2-R)(OH)SO4+H+（已知i中的反应）平衡向逆反应方向移动，Fe3+从易溶于煤油的物质中转移到易溶于水的物质中，实现反萃取 4Fe3++5N2H4=4Fe2++N2+4N2H5+或4[FeCl6]3-+5N2H4=4Fe2++N2+4N2H5++24Cl- Fe2O3+3H2O+6e-=2Fe+6OH- 2Fe+N2+3H2O= Fe2O3+2NH3

【解析】

粉煤灰主要成分有A12O3、Fe2O3、Fe3O4和SiO2等物质，加入硫酸酸浸，A12O3、Fe2O3、Fe3O4溶于硫酸生成硫酸铝、硫酸铁和硫酸亚铁，SiO2不溶，分离后，浸取液含有Al3+、Fe3+、Fe2+和SO42-等，在浸取液中先加入过量的H2O2将Fe2+全部氧化为Fe3+，再加入伯胺-煤油进行萃取，经分液得到水层和有机层，水层中含有Al3+，经后期处理得到金属铝。有机层为含有Fe(NH2-R)(OH)SO4的煤油层，向有机层中加入NaCl溶液经反萃取得到的水层中含有[FeCl6]3-，向水层2中加入N2H4将Fe3+还原为Fe2+，Fe2+再经氧化转化为FeOOH，煅烧FeOOH得到纳米Fe2O3，据此解答。

(1)根据以上分析，过程I中Fe2O3和硫酸反应生成硫酸铁和水，反应的离子方程式为：Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O，

故答案为：Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O；

(2)由信息可知，伯胺R-NH2能与Fe3+反应：3R-NH2+Fe3++SO42-+H2OFe(NH2-R)(OH)SO4+H+生成易溶于煤油的产物。所以过程II加入过量H2O2的作用是将Fe2+完全氧化为Fe3+，有利于与伯胺反应，提高萃取率，

故答案为：将Fe2+完全氧化为Fe3+，有利于与伯胺反应，提高萃取率；

(3) 过程II加入伯胺-煤油进行萃取，经分液得到水层和有机层，该分离操作为萃取、分液，

故答案为：萃取、分液；

(4) 有机层存在平衡：3R-NH2+Fe3++SO42-+H2OFe(NH2-R)(OH)SO4+H+，过程III加入NaCl溶液发生：Fe3++6Cl-[FeCl6]3-反应，使Fe3+浓度下降，平衡向逆反应方向移动，Fe3+从易溶于煤油的物质中转移到易溶于水的物质中，实现反萃取，

故答案为：Fe3++6Cl-[FeCl6]3-（已知ii中的反应）使Fe3+浓度下降，3R-NH2+Fe3++SO42-+H2OFe(NH2-R)(OH)SO4+H+（已知i中的反应）平衡向逆反应方向移动，Fe3+从易溶煤油的物质中转移到易溶于水的物质中，实现反萃取；

(5)过量的N2H4将Fe3+转化为Fe2+并生成N2，根据得失电子守恒和电荷守恒及原子守恒，反应的离子方程式为4Fe3++5N2H4=4Fe2++N2+4N2H5+或4[FeCl6]3-+5N2H4=4Fe2++N2+4N2H5++24Cl-，

故答案为：4Fe3++5N2H4=4Fe2++N2+4N2H5+或4[FeCl6]3-+5N2H4=4Fe2++N2+4N2H5++24Cl-；

(6)由图可知，该电解装置中，阴阳极均为惰性电极，熔融NaOH-KOH为电解液，Fe2O3在阴极发生电极反应生成中间体Fe，Fe与N2、水反应生成NH3和Fe2O3，Fe2O3在该过程中起催化作用，故反应分两步，第一步：Fe2O3+3H2O+6e-=2Fe+6OH-，第二步：2Fe+N2+3H2O= Fe2O3+2NH3，

故答案为：Fe2O3+3H2O+6e-=2Fe+6OH-；2Fe+N2+3H2O= Fe2O3+2NH3。