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16.一种以黄铁矿(主要含FeS2)为原料制备磁性纳米四氧化三铁的工艺流程如下,其中煅烧后的烧渣含有(Fe2O3、SiO2、FeO),回答下列问题;

(1)煅烧时的主要方程式为4FeS2+11O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe2O3+8SO2,FeS2发生了氧化反应(填“氧化”或“还原”);当有1molSO2生成时,转移的电子数为5.5mol.
(2)尾气中的SO2对环境有污染,一种电化学治污的装置如图1,通SO2一侧的电极反应式为SO2-2e+2H2O=SO42-+4H+
(3)酸溶时需保持盐酸过量,其目的是抑制Fe2+和Fe3+水解以及提高浸出率.
(4)若不能产生新的杂质,在调节比例前检测发现n(Fe2+)/n(Fe3+)偏高,则加入的A是Cl2(填化学式),若比例偏低,加入的A是Fe(填化学式).
(5)写出沉淀发生的离子反应方程:Fe2++2Fe3++8NH3•H2O=Fe3O4↓+8NH4++4H2O.
(6)沉淀步骤中维持n(Fe2+)/n(Fe3+)比例和控制一定的条件对得到高纯度的纳米磁性Fe3O4非常关键,根据Fe2+、Fe3+的性质和下边提供的数据,在实际生产中需要采取的措施是持续往体系通入氮气,控制温度在60℃和溶液的PH为9.
 温度/℃ 产品颜色
 35 灰色
 40 灰黑
 60 黑色
 65 红黑
 80 黑褐

分析 (1)氧化还原反应中元素化合价升高的元素被氧化,对应的反应物为还原剂,反之为氧化剂,被还原,4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2中,Fe、S元素的化合价升高,O元素的化合价降低,根据转移的电子数与二氧化硫的关系计算转移的电子数;
(2)装如图1中,通入二氧化硫的电极失电子发生氧化反应,为负极;
(3)Fe2+和Fe3+易水解,水解呈酸性,加入过量盐酸是抑制亚铁离子、铁离子的水解,酸溶还可以提高浸出率;
(4)氯气是强氧化剂,可以氧化亚铁离子;n(Fe2+)/n(Fe3+)偏高,通入氯气氧化亚铁离子,偏低加入铁粉还原铁离子;
(5)Fe2+和Fe3+与氨水反应生成沉淀,过滤洗涤得到四氧化三铁,所以沉淀为四氧化三铁,据此书写离子反应方程式;
(6)根据产品的颜色选择实际生产需控制的温度,根据图表磁化强度与PH的关系分析采取的措施,Fe2+具有还原性,Fe3+具有氧化性,需通入保护气防止分别被氧化、还原.

解答 解:(1)反应4FeS2+11O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe2O3+8SO2,反应中氧气中氧元素化合价从0价变化为-2价;氧元素被还原,铁元素化合价从+2价变化为+3价,硫元素化合价从-1价变化为+4价,FeS2作还原剂,硫元素和铁元素被氧化,4molFeS2参加反应转移44mol电子,生成8molSO2,当有1molSO2生成时,转移的电子数为:$\frac{44}{8}$=5.5mol,
故答案为:5.5;
(2)装如图1中,该电极上二氧化硫失电子和水反应生成硫酸,所以该电极为负极,发生氧化反应,电极反应式为SO2-2e+2H2O=SO42-+4H+
故答案为:SO2-2e+2H2O=SO42-+4H+
(3)煅烧后的矿渣酸溶后含有Fe2+和Fe3+,Fe2+和Fe3+易水解,水解呈酸性,酸溶时需保持盐酸过量,能抑制亚铁离子、铁离子的水解,同时过量的酸溶还可以提高浸出率,
故答案为:抑制Fe2+和Fe3+水解以及提高浸出率;
(4)酸溶时加入盐酸,引入氯离子,在调节比例前检测发现n(Fe2+)/n(Fe3+)偏高,需通氯气氧化,氯气氧化亚铁离子为铁离子,发生的主要反应的离子方程式为:Cl2+2Fe2+=2Cl-+2Fe3+;若比例偏低,需将铁离子还原成亚铁离子,需加铁粉,反应为:Fe+2Fe3+=3Fe2+
故答案为:Cl2,Fe;
(5)根据题干信息,Fe2+和Fe3+与氨水反应生成沉淀,过滤洗涤得到四氧化三铁,所以沉淀为四氧化三铁,反应的离子方程式为:Fe2++2Fe3++8NH3•H2O=Fe3O4↓+8NH4++4H2O,
故答案为:Fe2++2Fe3++8NH3•H2O=Fe3O4↓+8NH4++4H2O;
(6)四氧化三铁俗名为磁性氧化铁,颜色为黑色,所以实际生产中需控制温度为60℃,从图2中数据可知,当PH=9时,产品磁化强度最高,所以控制溶液的H=9,Fe2+具有还原性,Fe3+具有氧化性,所以持续往体系通入氮气作保护气,
故答案为:持续往体系通入氮气,控制温度在60℃和溶液的PH为9.

点评 本题考查磁性纳米四氧化三铁实验制备方案设计,为高频考点,涉及盐类水解、氧化还原反应等知识点,熟悉图中信息及基本操作方法、明确反应原理及物质性质是解本题关键,题目难度中等.

练习册系列答案
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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

17.下列仪器的使用、实验药品选择或实验现象描述正确的是(  )
A.物质的分离提纯方法之一为“筛分”,如:胶体--渗析法提纯,浊液--过滤分离,本质上就是依据所分离粒子的直径大小选择具有合适孔径的“筛子”
B.容量瓶、量筒和滴定管上都标有使用温度,容量瓶无“0”刻度,量筒和滴定管有“0”刻度;使用时滴定管水洗后还需润洗,但容量瓶水洗后不用润洗
C.工业上电解饱和食盐水时,为了阻止产物相互之间反应,往往用阴离子交换膜把阳极和阴极隔开
D.室温下,浓度均为0.1 mol•L-1Na2S2O3和H2SO4溶液,各取5 mL、10 mL的Na2S2O3溶液分别与10 mL的H2SO4溶液混合反应,可验证Na2S2O3浓度对反应速率的影响

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18.属于轴烯.可用作有机半导体基质材料的掺杂剂,其同分异构体中含有两个碳碳三键的结构有 (  )
A.4种B.5种C.6种D.7种

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4.为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果,某化学研究小组的同学分别设计了如图甲、乙所示的实验.请回答相关问题:

(1)定性分析
如图甲:可通过观察反应产生气泡快慢,定性比较得出结论对实验甲,有同学提出“FeCl3”改为Fe2(SO43或“CuSO4”改为CuCl2更为合理,其理由是消除阴离子不同对实验的干扰.
(2)定量分析
如图乙:实验时均以生成40mL 气体为准,其他可能影响实验的因素均已忽略.检查该装置气密性的方法是关闭分液漏斗活塞,将注射器活塞拉出一定距离,一段时间后松开活塞,观察活塞是否回到原位,实验中需要测量的数据是产生40mL气体所需的时间.
(3)加入0.01molMnO2粉末于50mLH2O2溶液中,在标准状况下放出气体的体积和时间的关系如图丙所示.
①写出H2O2在二氧化锰作用下发生反应的化学方程式2H2O2 $\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H2O+O2↑.
②放出$\frac{1}{3}$气体所需时间为1min.
③A、B、C、D各点反应速率快慢的顺序为D>C>B>A.
④解释反应速率变化的原因随着反应的进行,浓度减小,反应速率减慢.
⑤计算机H2O2的初始物质的量浓度0.11mol•L-1

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

11.聚合硫酸铁([Fe2(OH)n(SO4(3-0.5n)]m,n≥2,m≤10)简称聚铁,是一种高效的絮凝剂.某中学学习小组欲测定硫酸亚铁样品溶液中铁元素总量,并用硫酸亚铁制备聚合硫酸铁,设计的实验过程如下:

请回答下列问题:
(1)实验需要大约100mL的1:9硫酸(浓硫酸与溶剂水的体积比),配制该硫酸时需要的玻璃仪器是:玻璃棒、烧杯、量筒,配制过程是用量筒量取90mL水置于烧杯中,再量取10mL浓硫酸沿玻璃棒缓缓加入到烧杯中,边加边搅拌.
(2)限用以下试剂:蒸馏水、稀硫酸、KSCN溶液、K3[Fe(CN)6]溶液、新制氯水
某同学通过实验判断硫酸亚铁晶体已部分变质,他设计的实验是:将硫酸亚铁晶体溶于稀硫酸中,加少量水稀释,取两份溶液,一份溶液中加入KSCN溶液,溶液变成红色证明已变质,另一份溶液中加入K3[Fe(CN)6]溶液,产生蓝色沉淀证明部分变质(请将操作、现象、结论补充完整).
(3)上述过程制得某种聚铁[Fe2(OH)4SO4]4的化学方程式是24FeSO4+4NaClO3+36H2O=3[Fe2(OH)4SO4]4+4NaCl+12H2SO4
(4)测定硫酸亚铁样品溶液中铁元素总量的实验如下:准确量取5.00mL溶液放入带塞的锥形瓶中,加入足量H2O2,加热煮沸一定时间,加入过量KI,充分反应后,再用0.5000mol/LNa2S2O3标准溶液滴定至终点,消耗标准溶液20.00mL.
提示:2Fe3++2I-=2Fe2++I2;  I2+2S2O32-=2I-+S4O62-(无色)
滴定时选用的指示剂是淀粉溶液,硫酸亚铁样品溶液中铁元素总量是112g/L.实验过程中,若省略步骤“加热煮沸一定时间”,对滴定结果有何影响,请说明判断的理由偏高,残留的H2O2将KI氧化成I2,使Na2S2O3标准溶液用量偏大,导致测定的铁元素总量偏高.

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1.纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而受到关注,下表为制取Cu2O的四种方法:
方法a用炭粉在高温条件下还原CuO
方法b用葡萄糖还原新制的Cu(OH)2制备Cu2O
方法c电解法,反应为2Cu+H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cu2O+H2
方法d用肼(N2H4)还原新制的Cu(OH)2
(1)已知:①2Cu(s)+$\frac{1}{2}$O2(g)═Cu2O(s);△H=-169kJ•mol-1
②C(s)+$\frac{1}{2}$O2(g)═CO(g);△H=-110.5kJ•mol-1
③Cu(s)+$\frac{1}{2}$O2(g)═CuO(s);△H=-157kJ•mol-1
则方法a发生的热化学方程式是:2CuO(s)+C(s)=Cu2O(s)+CO(g)△H=+34.5kJ/mol.
(2)方法c采用离子交换膜控制电解液中OH-的浓度而制备纳米Cu2O,装置如图所示:
该离子交换膜为阴离子交换膜(填“阴”或“阳”),该电池的阳极反应式为2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O,钛极附近的pH值增大(填“增大”“减小”或“不变”).
(3)方法d为加热条件下用液态肼(N2H4)还原新制Cu(OH)2来制备纳米级Cu2O,同时放出N2.该制法的化学方程式为4Cu(OH)2+N2H4$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu2O+N2↑+6H2O.
(4)在相同的密闭容器中,用以上方法制得的三种Cu2O分别进行催化分解水的实验:2H2O(g)$?_{Cu_{2}O}^{光照}$2H2(g)+O2(g)△H>0.水蒸气的浓度随时间t变化如下表所示:
序号
0
  1020304050
T10.0500.04920.04860.04820.04800.0480
T10.0500.04880.04840.04800.04800.0480
T20.100.0940.0900.0900.0900.090
①对比实验的温度:T2>T1(填“>”“<”或“﹦”);
②实验①前20min的平均反应速率 v(O2)=3.5×10-5mol/(L•min).

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8.实验室用如图装置制备HCl气体.
(1)推压注射器活塞将浓盐酸慢慢注入到浓硫酸中,可制备少量干燥HCl气体,其原理是ab(选填编号).
a.浓硫酸吸收了盐酸中水分
b.混合时放热使HCl溶解度减小
c.浓盐酸中HCl以分子形式存在
d.浓盐酸密度小于浓硫酸
为测定制备气体后残留混合酸中盐酸和硫酸的浓度,进行如下实验:
(2)取5.00mL混合酸,加水稀释至500mL,完成此操作,用到的精确定量仪器有酸性滴定管、500mL容量瓶;
称量4.7880g Ba(OH)2固体,溶于水配成250mL标准溶液,装入洗净的细口试剂瓶,并贴上标签.装瓶前用标准溶液对试剂瓶进行润洗的目的是避免滴定液被稀释,引起实验误差,请你填写标签上的空白.

(3)从500mL稀释液中取出20.00mL,滴加几滴酚酞作指示剂,用标准Ba(OH)2溶液滴定至溶液由无色变为红色才停止滴定,出现这种情况的补救措施除重做外,还有可以采取的措施是用待测酸液滴定至溶液立即由红色变为浅红色(且半分钟不褪色).
(4)为完成全部测定,接下来对锥形瓶中混合物进行的操作是过滤、洗涤、干燥、称量、恒重.
(5)若固体Ba(OH)2中混有少量的NaOH,会导致混合酸中硫酸浓度的测定结果无影响(选填“偏大”、“偏小”、“无影响”).

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5.实验室用少量的溴和足量的乙醇制备1,2-二溴乙烷,装置如下图所示:

可能存在的主要副反应有:乙醇在浓硫酸的存在下在l40℃脱水生成乙醚.有关数据列表如下:
乙醇1,2-二溴乙烷乙醚
状态  无色液体   无色液体  无色液体
密度/g•cm-30.792.20.71
沸点/℃78.513234.6
熔点/℃-1309-1l6
回答下列问题:
(1)写出三颈烧瓶A中发生反应的化学方程式
(2)为了减少A装置中副反应,操作时应注意迅速地把反应温度提高到170℃左右;
(3)在装置C中应加入NaOH溶液,其目的是吸收反应中可能生成的酸性气体;
(4)判断D装置中反应已经结束的最简单方法是溴的颜色完全褪去;
(5)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”);
(6)若产物中有少量副产物乙醚.可用蒸馏的方法除去.

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6.下列有关物质的性质与其应用不相对应的是(  )
A.MgO、Al2O3的熔点很高,可制作耐高温材料
B.新制氯水久置后变为无色
C.单质硅是光导纤维的主要成分
D.普通玻璃导管口点燃纯净氢气时,火焰呈黄色

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