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14.工业上用黄铁矿(主要成分:FeS2,含有少量Fe2O3和SiO2,其它杂质不考虑)制备高效净水剂K2FeO4的工业流程如图:

已知:25℃时,Fe(OH)3的KSP=1.0×10-38;溶液中离子浓度小于10-5mol•L-1时,认为离子沉淀完全.请回答:
(1)写出制备副产物“氮肥”的化学方程式2SO2+4NH3.H2O+O2=2(NH42SO4+2H2O.
(2)由FeCl3溶液制备Fe(OH)3时,若使溶液中的Fe3+沉淀完全,需调节溶液的pH至少为3.Fe(OH)3转化为Na2FeO4的离子方程式为2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O.
(3)高温煅烧黄铁矿的化学方程式为4FeS2+11O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe2O3+8SO2
(4)操作I的具体步骤为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤.
(5)检验煅烧后生成气体中有SO2的方法为将生成的气体通入品红溶液中,褪色,加热,又恢复红色,则气体为二氧化硫.
(6)工业上也可用Fe做阳极电解KOH溶液的方法制备K2FeO4,则阳极反应式为Fe+8OH--6e-=FeO42-+4H2O.

分析 黄铁矿煅烧后生成Fe2O3和SO2,向固体中加入稀盐酸,Fe2O3和HCl反应生成FeCl3和H2O,SiO2不反应,过滤得到滤液,滤液中含有FeCl3,滤渣中含有SiO2,得到的气体通入氨水中并通入空气得到硫酸铵化肥;FeCl3和碱溶液反应得到Fe(OH)3沉淀,在Fe(OH)3中加入足量NaOH溶液、NaClO溶液发生反应生成Na2FeO4,向Na2FeO4溶液中加入KCl固体,发生复分解反应生成K2FeO4,分离提纯得到K2FeO4,通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到K2FeO4晶体,
(1)二氧化硫、氨水、氧气发生氧化还原反应生成硫酸铵和水,二氧化硫是还原剂、氧气是氧化剂;
(2)当Fe3+完全沉淀时,c(Fe3+)<10-5mol•L-1,则该溶液中c(OH-)=$\root{3}{\frac{{K}_{sp}[Fe(OH)_{3}]}{c(F{e}^{3+})}}$=$\root{3}{\frac{1.0×1{0}^{-38}}{1{0}^{-5}}}$mol/L=10-11mol/L,溶液中c(H+)=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-11}}$mol/L=0.001mol/L;
Fe(OH)3和NaOH、NaClO发生氧化还原反应生成Na2FeO4、NaCl和水;
(3)高温煅烧黄铁矿时,FeS2和氧气发生氧化还原反应生成氧化铁和二氧化硫;
(4)从溶液中获取晶体采用蒸发浓缩、冷却结晶、过滤的方法;
(5)二氧化硫能使品红溶液褪色,可以用品红溶液检验二氧化硫;
(6)工业上也可用Fe做阳极电解KOH溶液的方法制备K2FeO4,阳极上Fe失电子和OH-反应生成FeO42-和水.

解答 解:黄铁矿煅烧后生成Fe2O3和SO2,向固体中加入稀盐酸,Fe2O3和HCl反应生成FeCl3和H2O,SiO2不反应,过滤得到滤液,滤液中含有FeCl3,滤渣中含有SiO2,得到的气体通入氨水中并通入空气得到硫酸铵化肥;FeCl3和碱溶液反应得到Fe(OH)3沉淀,在Fe(OH)3中加入足量NaOH溶液、NaClO溶液发生反应生成Na2FeO4,向Na2FeO4溶液中加入KCl固体,发生复分解反应生成K2FeO4,分离提纯得到K2FeO4,通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到K2FeO4晶体;
(1)二氧化硫、氨水、氧气发生氧化还原反应生成硫酸铵和水,二氧化硫是还原剂、氧气是氧化剂,反应方程式为2SO2+4NH3.H2O+O2=2(NH42SO4+2H2O,
故答案为:2SO2+4NH3.H2O+O2=2(NH42SO4+2H2O;
(2)当Fe3+完全沉淀时,c(Fe3+)<10-5mol•L-1,则该溶液中c(OH-)=$\root{3}{\frac{{K}_{sp}[Fe(OH)_{3}]}{c(F{e}^{3+})}}$=$\root{3}{\frac{1.0×1{0}^{-38}}{1{0}^{-5}}}$mol/L=10-11mol/L,溶液中c(H+)=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-11}}$mol/L=0.001mol/L,溶液的pH=3;
Fe(OH)3和NaOH、NaClO发生氧化还原反应生成Na2FeO4、NaCl和水,离子方程式为 2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O,
故答案为:3; 2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O;
(3)高温煅烧黄铁矿时,FeS2和氧气发生氧化还原反应生成氧化铁和二氧化硫,反应方程式为 4FeS2+11O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe2O3+8SO2
故答案为:4FeS2+11O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe2O3+8SO2
(4)从溶液中获取晶体采用蒸发浓缩、冷却结晶、过滤的方法,所以操作I为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤,
故答案为:蒸发浓缩、冷却结晶、过滤;
(5)二氧化硫能使品红溶液褪色,可以用品红溶液检验二氧化硫,其检验方法为将生成的气体通入品红溶液中,褪色,加热,又恢复红色,则气体为二氧化硫,
故答案为:将生成的气体通入品红溶液中,褪色,加热,又恢复红色,则气体为二氧化硫;
(6)工业上也可用Fe做阳极电解KOH溶液的方法制备K2FeO4,阳极上Fe失电子和OH-反应生成FeO42-和水,电极反应式为Fe+8OH--6e-=FeO42-+4H2O,故答案为:Fe+8OH--6e-=FeO42-+4H2O.

点评 本题以化学工艺流程为载体考查物质制备,为高频考点,涉及氧化还原反应、电解原理、物质检验、难溶物溶解平衡、物质分离提纯等知识点,侧重考查学生对化学反应原理、元素化合物知识的理解和掌握及化学知识的综合运用能力,难点是电极反应式的书写,能从整体上把握分析工艺流程是解本题关键,题目难度中等.

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相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

4.某溶液中含有K+、Mg2+、Al3+、Cu2+等离子,为了将它们一一分离(不要求各离子恢复到原来的形态),某同学设计了如下四个实验方案,其中不正确的是[已知:Mg2+、Al3+溶液中通入H2S不产生沉淀;Ksp(CuS )=1.3×10-36.].(  )
A.A
B.B
C.C
D.D

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

5.镁铝合金在交通、航空、电子等行业有着广泛的应用.某化学兴趣小组试对镁铝合金废料进行回收利用,实验中可将铝转化为硫酸铝晶体,并对硫酸铝晶体进行热重分析.镁铝合金废料转化为硫酸铝晶体实验流程如下:

试回答下列问题:
(1)在镁铝合金中加入NaOH溶液,写出反应的化学反应方程式2Al+2NaOH+2H2O═2NaAlO2+3H2↑,固体B的化学式Al(OH)3
(2)操作Ⅱ包含的实验步骤有:蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥.
(3)操作Ⅱ中常用无水乙醇对晶体进行洗涤,选用无水乙醇的原因是可以减少晶体的溶解,有利于晶体的干燥.
(4)若初始时称取的镁铝合金废料的质量为9.00g,得到固体A的质量为4.95g,硫酸铝晶体的质量为49.95g(假设每一步的转化率均为100%,合金废料中不含溶于碱的杂质).计算得硫酸铝晶体的化学式为Al2(SO43.18H2O.
(5)取上述硫酸铝晶体进行热重分析,其热分解主要分为三个阶段:323K-523K,553K-687K,1043K以上不再失重,其热分解的TG曲线见图

已知:失重%=$\frac{加热减少的质量}{原晶体样品的总质量}$×100%.
根据图示数据计算确定每步分解的产物,写出第一阶段分解产物的化学式Al2(SO43.3H2O,第三阶段反应化学方程式Al2(SO43$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al2O3+3SO3↑.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

2.已知:I2+2S2O32-═S4O62-+2I-.相关物质的溶度积常数见下表:
物质Cu(OH)2Fe(OH)3CuClCuI
Ksp2.2×10-202.6×10-391.7×10-71.3×10-12
(1)某酸性CuCl2溶液中含有少量的FeCl3,为得到纯净的CuCl2•2H2O晶体,加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3 ,调至pH=4,使溶液中的Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀,此时溶液中的c(Fe3+)=2.6×10-9mol/L.
过滤后,将所得滤液低温蒸发、浓缩结晶,可得到CuCl2•2H2O晶体.
(2)在空气中直接加热CuCl2•2H2O晶体得不到纯的无水CuCl2,由CuCl2•2H2O晶体得到纯的无水CuCl2的合理方法是在干燥的HCl气流中加热脱水.
(3)某学习小组用“间接碘量法”测定含有CuCl2•2H2O晶体的试样(不含能与I-发生反应的氧化性杂质)的纯度,过程如下:取0.36g试样溶于水,加入过量KI固体,充分反应,生成白色沉淀.用0.100 0mol•L-1 Na2S2O3标准溶液滴定,到达滴定终点时,消耗Na2S2O3标准溶液20.00mL.
①可选用淀粉溶液作滴定指示剂,滴定终点的现象是蓝色褪去,溶液中30s内不恢复原色;
②CuCl2溶液与KI反应的离子方程式为2Cu2++4I-=2CuI↓+I2
③该试样中CuCl2•2H2O的质量百分数为95%.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

9.过氧化尿素是一种新型漂白剂、消毒剂.合成过氧化尿素的流程及反应器的示意图如图:

过氧化尿素的部分参数见表:
分子式 外观 热分解温度 熔点
 CO(NH22•H2O2 白色晶体 45℃75~85℃
(1)流程中操作①是过滤,用到的玻璃仪器有漏斗、烧杯和玻璃棒;
(2)反应器中发生反应的化学方程式为CO(NH22+H2O2=CO(NH22•H2O2
(3)反应器中冷凝管中的冷水从b(填“a”或“b”)口流进,反应器加热温度不能太高的原因是温度过高,产品易分解,致使活性氧含量降低;
(4)搅拌器不能选择铁质或铝质材料的原因是铝、铁易被氧化;
(5)为测定产品中过氧化尿素的含量,称取干燥样品12.0g,溶于水,在250mL容量瓶中定容.准确量取25.00mL于锥形瓶中,加入1mL6mol/L硫酸,然后用0.20mol/L的KMnO4标准溶液滴定(KMnO4溶液与尿素不反应),平行实验三次,实验结果如表:
实验序号123
 KMnO4溶液的体积/mL滴定前读数0.000.002.00
滴定后读数19.9820.0022.02
①KMnO4溶液应盛放在酸 (填“酸式”或“碱式”)滴定管中,滴定终点的现象为滴入最后一滴KMnO4溶液时,溶液显浅红色,且半分钟内不褪色;;
②若滴定前滴定管尖嘴处无气泡,滴定后有气泡.则会使测得的过氧化尿素的含量偏低 (填“偏高”“偏低”或“不变”).
③产品中过氧化尿素的质最分数为78.3%.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

19.实验室制备1,2-二溴乙烷的反应原理如下:
CH3CH2OH$\stackrel{H_{2}SO_{4}(浓)}{→}$CH2=CH2
CH2=CH2+Br2→BrCH2CH2Br
可能存在的主要副反应有:乙醇在浓硫酸的存在下在140℃脱水生成乙醚.
(1)用少量的溴和足量的乙醇制备1,2-二溴乙烷的装置如图所示.回答下列问题:在此制各实验中,要尽可能迅速地把反应温度提高到170℃左右,其最主要目的是d;(填正确选项前的字母)
a.引发反应         b.加快反应速度
c.防止乙醇挥发   d.减少副产物乙醚生成
(2)在装置C中应加入c,其目的是吸收反应中可能生成的酸性气体:(填正确选项前的字母)
a.亚硫酸钠溶液  b.浓硫酸   c.氢氧化钠溶液  d.饱和碳酸氢钠溶液
(3)判断该制各反应已经结束的最简单方法是溴的颜色完全褪去;
(4)将1,2-二溴乙烷粗产品置于分液漏斗中加水,振荡后静置,产物应在下层(填“上”、“下”);
(5)若产物中有少量未反应的Br2,最好用b洗涤除去;(填正确选项前的字母)
a.水    b.氢氧化钠溶液    c.碘化钠溶液    d.乙醇
(6)若产物中有少量副产物乙醚.可用蒸馏的方法除去;
(7)反应过程中应用冷水冷却装置D,其主要目的是避免溴大量挥发;但又不能过度冷却(如用冰水),其原因是产品1,2-二溴乙烷的沸点低,过度冷却会凝固而堵塞导管.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

6.硝酸铜是常用的一种无机化学试剂
(1)工业上以粗铜为原料采取如图1所示流程制备硝酸铜晶体:

①在步骤a中,还需要通入氧气和水,其目的是将NOx转化为硝酸,提高原料的利用率,减少污染物的排放
②在保温去铁的过程中,为使Fe3+沉淀完全,可以向溶液中加入CuO调节溶液的pH,根据下表数据,溶液的pH应保持在3.2--4.7范围
氢氧化物开始沉淀时的pH氢氧化物沉淀完全时的pH
Fe3+1.93.2
Cu2+4.76.7
③在滤液蒸发浓缩步骤中,适当加入稀硝酸的作用是抑制加热过程中Cu2+的水解
(2)某研究学习小组将一定质量的硝酸铜晶体【Cu(NO32.6H2O】放在坩埚中加热,在不同温度阶段进行质量分析,绘制出剩余固体质量分数与温度关系如图2所示.据图回答下列问题:
①当温度27℃<T<120℃时,反应的化学方程式为Cu(NO32•6H2O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu(NO32•3H2O+3H2O
②剩余固体质量为38.4g时,固体成分为【Cu(NO32•2Cu(OH)2】当温度120℃<T<800℃时,反应的化学方程式为3Cu(NO32•3H2O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu(NO32•2Cu(OH)2+4NO2↑+O2↑+7H2O (此温度下,HNO3也分解)
③当剩余固体质量为21.6g时,固体的化学式为Cu2O
(3)制备无水硝酸铜的方法之一是用Cu与液态N2O4反应,反应过程
中有无色气体放出,遇到空气变红棕色.反应的化学方程式是Cu+2N2O4=Cu(NO32+2NO↑.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

3.某烧碱样品中含有少量不与酸作用的可溶性杂质,为了测定其纯度,进行以下滴定操作:
A.在天平上准确称取烧碱样品wg,在烧坏中加蒸馏水溶解
B.在250mL容量瓶中定量成250mL烧碱溶液
C.用移液管移取25.00mL烧碱溶液于锥形瓶中并滴加几滴甲基橙指示剂
D.将物质的量浓度为 Cmol/L 的标准盐酸 溶液装入酸式滴定管,调整液面,记下开始刻度数为Vml
E.在锥形瓶下垫一张白纸,滴定到终点,记录终点耗酸体积 V1ml
回答下列问题:
(1)操作中的雏形瓶下垫一张白纸的作用是便于准确判断滴定终点时溶液的颜色变化情况.
(2)操作中液面应调整到零刻度或零刻度以下(稍下)的某一刻度,尖嘴部分应充满溶液无气泡.
(3)滴定终点时锥形瓶内溶液颜色变化是指示剂颜色由黄色变为橙色.
(4)若酸式滴定管没有用标准 润洗,会对测定结果有何影响偏高(填偏高、偏低或无影响,其他操作均正确).
(5)该烧碱样品的纯度计算式是$\frac{40C({V}_{1}-V)}{W}%$.

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科目:高中化学 来源: 题型:填空题

4.(1)请写出过量铁粉与稀硝酸反应的离子方程式为式3Fe+8H++2NO3-=3Fe2++2NO↑+4H2O;
在标准状况下,当生成2.24L NO气体时,转移电子的物质的量为0.3mol,有0.1mol氧化剂被还原.
(2)将MnO4-氧化Fe2+的离子方程式补充完整:
1MnO4-+5Fe2++1═Mn2++5Fe3++4H2O
(3)完成“氧化除铁”步骤中反应的离子方程式:
2Fe(OH)2+1ClO-+H2O═2Fe(OH)3+1Cl-

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