Question

15．以氯化钾和硫酸亚铁原料生产硫酸钾和氧化铁红颜料，其主要流程如下（图1）：

已知：NH₄HCO₃溶液呈碱性，30℃以上溶液中NH₄HCO₃大量分解．
（1）写出NH₄HCO₃溶液中的物料守恒c（NH₄⁺）+c（NH₃•H₂O）=c（H₂CO₃）+c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）．
（2）写出沉淀池I中反应的化学方程式2NH₄HCO₃+FeSO₄=FeCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O，该反应必须控制的反应条件是反应温度低于30℃．
（3）检验沉淀I中Fe²⁺沉淀是否完全的方法是取沉淀池I的滤液，滴加KSCN溶液后滴加氯水，若无红色出现，说明沉淀完全．
（4）酸化的目的是除去溶液中的HCO₃^-．
（5）在沉淀池Ⅱ中，为使K₂SO₄晶体分离出来用到过滤操作，过滤时用到的主要玻璃仪器是漏斗、烧杯、玻璃棒．
（6）N、P、K、S都是植物生长所需的重要元素．滤液A可做复合肥料，因为其中含有N、S、K等元素．
（7）中国海洋大学应用化学研究所在乙醇燃料电池技术方面获得突破，组装出了自呼吸电池及主动式电堆．乙醇燃料电池的工作原理如图2所示．
①该电池工作时，c口通入的物质为O₂．
②该电池负极的电极反应式为CH₃CH₂OH-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺．

Answer 1

分析 硫酸亚铁与碳酸氢铵反应生成二氧化碳、碳酸亚铁和硫酸按溶液，碳酸亚铁在空气中灼烧被氧化得到氧化铁，硫酸铵溶液中加硫酸酸化再加氯化钾可得硫酸钾和氯化铵，分离后得硫酸钾晶体和氯化铵溶液，
（1）NH₄HCO₃中碳元素和氮元素物质的量相等，据此书写物料守恒式；
（2）NH₄HCO₃和FeSO₄之间会发生双水解反应，碳酸氢铵受热易分解；
（3）亚铁离子遇到硫氰酸钾不显色，但是三价铁遇到硫氰酸钾显示红色；
（4）根据除杂的方法结合实验目的来回答；
（5）过滤操作用到的主要玻璃仪器有漏斗、烧杯、玻璃棒；
（6）根据滤液A的成分来确定含有的元素，结合复合肥料的概念来回答；
（7）①根据氢离子移动方向知，右侧电极为正极，左侧电极为负极，负极上通入燃料；
②负极上燃料失电子发生氧化反应，正极上氧化剂得电子发生还原反应．

解答 解：硫酸亚铁与碳酸氢铵反应生成二氧化碳、碳酸亚铁和硫酸按溶液，碳酸亚铁在空气中灼烧被氧化得到氧化铁，硫酸铵溶液中加硫酸酸化再加氯化钾可得硫酸钾和氯化铵，分离后得硫酸钾晶体和氯化铵溶液，
（1）NH₄HCO₃中碳元素和氮元素物质的量相等，所以NH₄HCO₃溶液中的物料守恒式为c（NH₄⁺）+c（NH₃•H₂O）=c（H₂CO₃）+c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-），
故答案为：c（NH₄⁺）+c（NH₃•H₂O）=c（H₂CO₃）+c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）；
（2）碳酸氢根离子和亚铁离子之间发生双水解反应生成碳酸亚铁沉淀，并放出二氧化碳，反映的原理方程式为：2NH₄HCO₃+FeSO₄=FeCO₃↓+（NH₄ ）₂SO₄+CO₂↑+H₂O，为防止较高温度下碳酸氢铵的分解，要注意温度的选择，
故答案为：2NH₄HCO₃+FeSO₄=FeCO₃↓+（NH₄ ）₂SO₄+CO₂↑+H₂O；反应温度低于30℃；
（3）亚铁离子可以被氯气氧化为三价铁离子，亚铁离子遇到硫氰酸钾不显色，但是三价铁遇到硫氰酸钾显示红色，检验沉淀池I中Fe²⁺沉淀是否完全的方法是：取沉淀池I的滤液，滴加KSCN溶液后滴加氯水，若无红色出现，说明沉淀完全，
故答案为：取沉淀池I的滤液，滴加KSCN溶液后滴加氯水，若无红色出现，说明沉淀完全；
（4）沉淀池Ⅰ中，除了生成的碳酸亚铁之外，溶液汇总会含有过量的碳酸氢铵，加入酸，酸化的目的是除去溶液中的HCO₃^-，
故答案为：除去溶液中的HCO₃^-；         
（5）过滤操作用到的主要玻璃仪器有漏斗、烧杯、玻璃棒，
故答案为：漏斗、烧杯、玻璃棒；
（6）滤液A的成分中含有（NH₄ ）₂SO₄以及KCl，即其中含有N、S、K元素，属于复合肥料，
故答案为：N、S、K；
（7）①据氢离子移动方向知，右侧电极为正极，正极上氧气得电子，左侧电极为负极，负极上通入燃料乙醇，所以c口通入的物质为O₂，
故答案为：O₂；
②负极上乙醇失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为CH₃CH₂OH-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺，
故答案为：CH₃CH₂OH-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺．

点评 本题为化工生产题型，主要考查学生分析和解决问题的能力，综合性较强，难度大．