Question

14．铁单质及其化合物在生活、生产中有广泛应用．请回答下列问题：
（1）黄铁矿（FeS₂）是生产硫酸和冶炼钢铁的重要原料．其中一个反应为3FeS₂+8O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$6SO₂+Fe₃O₄，3 mol FeS₂参加反应转移32mol 电子．
（2）氯化铁溶液常用作印刷电路铜板腐蚀剂，反应的离子方程式为2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺．从腐蚀废液回收得到金属铜还需要的试剂为铁粉、稀盐酸．
（3）与明矾相似，硫酸铁也可用于净水，其原理是Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺（用离子方程式表示）；在使用时发现硫酸铁并不能使酸性废水中的悬浮物沉降除去，其原因是酸性条件下抑制了三价铁离子的水解，无法生成氢氧化铁胶体，不能使悬浮物沉淀除去．
（4）钢铁的电化学腐蚀简单示意图如图，发生吸氧腐蚀时，正极的电极反应式为O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-；该图稍作修改即可成为钢铁电化学防护的简单示意图，请完成防护的简单示意图并标出电子流动的方向．
（5）铁红是一种红色颜料，其成分是Fe₂O₃．将一定量的铁红溶于160mL5mol/L盐酸中，再加入一定量铁粉恰好溶解，收集到2.24L氢气（标准状况），经检验，溶于中无Fe³⁺，则参加反应的铁粉的质量为11.2g．

Answer 1

分析 （1）反应3FeS₂+8O₂=Fe₃O₄+6SO₂中Fe元素化合价又+2→+3，化合价升高，S元素化合价由-1→+4，化合价升高，O元素化合价由0→-2，化合价降低，依据化合价变化计算转移电子数目；
（2）三价铁离子与铜发生氧化还原反应生成二价铁离子和铜离子；腐蚀废液含有铜离子、二价铁离子，加热过量铁粉将三价铁离子转化为二价铁离子，铜离子转化为铜，然后加入过量盐酸溶解过量的铁粉；
（3）三价铁离子水解生成氢氧化铁和氢离子，氢氧化铁胶体具有吸附性，能够净水；依据化学平衡移动影响因素判断解答；
（4）钢铁的吸氧腐蚀，正极氧气得到电子发生还原反应结合水生成氢氧根离子；要防止铁的腐蚀，可以将碳换成锌，形成原电池，采取牺牲阳极的阴极保护法，依据原电池工作原理判断电子流向；
（5）参加反应的铁粉为与铁离子反应及与氢离子反应的两部分之和，根据氢气的体积计算出与盐酸反应的铁的物质的量及HCl的物质的量，再根据氯原子守恒，求出氯化铁的物质的量，进而求出与铁离子反应的铁的物质的量．

解答 解：（1）反应3FeS₂+8O₂=Fe₃O₄+6SO₂，前后各元素化合价的变化情况如下：
Fe：+2→+3，化合价升高；S：-1→+4，化合价升高；O：0→-2，化合价降低，3molFeS₂参加反应，转移电子的物质的量为32mol，
故答案为：32；
（2）三价铁离子与铜发生氧化还原反应生成二价铁离子和铜离子，2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，腐蚀废液含有铜离子、二价铁离子，加热过量铁粉将三价铁离子转化为二价铁离子，铜离子转化为铜，然后加入过量盐酸溶解过量的铁粉；
故答案为：2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺；铁粉、盐酸；
（3）三价铁离子水解生成氢氧化铁和氢离子，离子方程式：Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺；酸性废水中含有大量氢离子，酸性条件下抑制了三价铁离子的水解，无法生成氢氧化铁胶体，不能使悬浮物沉淀除去；
故答案为：：Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺；酸性条件下抑制了三价铁离子的水解，无法生成氢氧化铁胶体，不能使悬浮物沉淀除去；
（4）钢铁的吸氧腐蚀，正极氧气得到电子发生还原反应结合水生成氢氧根离子，电极反应式为：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-；要想防止铁的腐蚀可以采取，牺牲阳极的阴极保护，将碳棒换为锌棒，电子有负极流向正极：

；
故答案为：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-；；

（5）氢气的物质的量为 $\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，
Fe～～～～2HCl～～～H₂，
0.1mol 0.2mol 0.1mol
根据氯原子守恒，所以氯化铁的物质的量为$\frac{1}{3}$×（0.16L×5mol/L-0.2mol）=0.2mol，
Fe～～～2FeCl₃
0.1mol 0.2mol
所以参加反应的铁粉的质量为（0.1mol+0.1mol）×56g/mol=11.2g，
故答案为：11.2g；

点评 本题考查了铁的性质及原电池工作原理及金属的腐蚀与防护，明确铁的化学性质、金属腐蚀的电化学防护法是解题关键，题目难度不大．