Question

【題目】粉煤灰是燃煤產(chǎn)生的重要污染物，主要成分有A12O3、Fe2O3、Fe3O4和SiO2等物質(zhì)。綜合利用粉煤灰不僅能夠防止環(huán)境污染，還能獲得納米Fe2O3等重要物質(zhì)。

已知：i伯胺R-NH2能與Fe3+反應(yīng)：3R-NH2+Fe3++SO42-+H2OFe(NH2-R)(OH)SO4+H+生成易溶于煤油的產(chǎn)物。

ii Fe3+在水溶液中能與Cl-反應(yīng)：Fe3++6Cl-[FeCl6]3-

(1)寫出過程I中Fe2O3發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：____。

(2)過程II加入過量H2O2的作用是 ___ 。

(3)過程II加入伯胺一煤油對浸取液進(jìn)行分離，該操作的名稱是_____。

(4)從化學(xué)平衡角度解釋過程III利用NaCI溶液進(jìn)行反萃取的原理：_____。

(5) N2H4具有堿性，可與H+結(jié)合生成N2H5+。過程IV中先用過量的N2H4將水層2中Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+并生成N2，反應(yīng)的離子方程式為____，得到的Fe2+再被O2氧化為FeOOH。

(6)納米Fe2O3在常壓電化學(xué)法合成氨過程中起催化作用。該電解裝置如圖所示。

已知熔融NaOH-KOH為電解液，Fe2O3在陰極發(fā)生電極反應(yīng)生成中間體Fe。用化學(xué)用語表示Fe2O3在陰極催化生成NH3的反應(yīng)過程。

第一步：____，

第二步：____。

Answer 1

【答案】Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O 將Fe2+完全氧化為Fe3+，有利于與伯胺反應(yīng)，提高萃取率 萃取、分液 Fe3++6Cl-[FeCl6]3-（已知ii中的反應(yīng)）使Fe3+濃度下降，3R-NH2+Fe3++SO42-+H2OFe(NH2-R)(OH)SO4+H+（已知i中的反應(yīng)）平衡向逆反應(yīng)方向移動，Fe3+從易溶于煤油的物質(zhì)中轉(zhuǎn)移到易溶于水的物質(zhì)中，實(shí)現(xiàn)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等物質(zhì)，加入硫酸酸浸，A12O3、Fe2O3、Fe3O4溶于硫酸生成硫酸鋁、硫酸鐵和硫酸亞鐵，SiO2不溶，分離后，浸取液含有Al3+、Fe3+、Fe2+和SO42-等，在浸取液中先加入過量的H2O2將Fe2+全部氧化為Fe3+，再加入伯胺-煤油進(jìn)行萃取，經(jīng)分液得到水層和有機(jī)層，水層中含有Al3+，經(jīng)后期處理得到金屬鋁。有機(jī)層為含有Fe(NH2-R)(OH)SO4的煤油層，向有機(jī)層中加入NaCl溶液經(jīng)反萃取得到的水層中含有[FeCl6]3-，向水層2中加入N2H4將Fe3+還原為Fe2+，Fe2+再經(jīng)氧化轉(zhuǎn)化為FeOOH，煅燒FeOOH得到納米Fe2O3，據(jù)此解答。

(1)根據(jù)以上分析，過程I中Fe2O3和硫酸反應(yīng)生成硫酸鐵和水，反應(yīng)的離子方程式為：Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O，

故答案為：Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O；

(2)由信息可知，伯胺R-NH2能與Fe3+反應(yīng)：3R-NH2+Fe3++SO42-+H2OFe(NH2-R)(OH)SO4+H+生成易溶于煤油的產(chǎn)物。所以過程II加入過量H2O2的作用是將Fe2+完全氧化為Fe3+，有利于與伯胺反應(yīng)，提高萃取率，

故答案為：將Fe2+完全氧化為Fe3+，有利于與伯胺反應(yīng)，提高萃取率；

(3) 過程II加入伯胺-煤油進(jìn)行萃取，經(jīng)分液得到水層和有機(jī)層，該分離操作為萃取、分液，

故答案為：萃取、分液；

(4) 有機(jī)層存在平衡：3R-NH2+Fe3++SO42-+H2OFe(NH2-R)(OH)SO4+H+，過程III加入NaCl溶液發(fā)生：Fe3++6Cl-[FeCl6]3-反應(yīng)，使Fe3+濃度下降，平衡向逆反應(yīng)方向移動，Fe3+從易溶于煤油的物質(zhì)中轉(zhuǎn)移到易溶于水的物質(zhì)中，實(shí)現(xiàn)反萃取，

故答案為：Fe3++6Cl-[FeCl6]3-（已知ii中的反應(yīng)）使Fe3+濃度下降，3R-NH2+Fe3++SO42-+H2OFe(NH2-R)(OH)SO4+H+（已知i中的反應(yīng)）平衡向逆反應(yīng)方向移動，Fe3+從易溶煤油的物質(zhì)中轉(zhuǎn)移到易溶于水的物質(zhì)中，實(shí)現(xiàn)反萃��；

(5)過量的N2H4將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+并生成N2，根據(jù)得失電子守恒和電荷守恒及原子守恒，反應(yīng)的離子方程式為4Fe3++5N2H4=4Fe2++N2+4N2H5+或4[FeCl6]3-+5N2H4=4Fe2++N2+4N2H5++24Cl-，

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

(6)由圖可知，該電解裝置中，陰陽極均為惰性電極，熔融NaOH-KOH為電解液，Fe2O3在陰極發(fā)生電極反應(yīng)生成中間體Fe，Fe與N2、水反應(yīng)生成NH3和Fe2O3，Fe2O3在該過程中起催化作用，故反應(yīng)分兩步，第一步：Fe2O3+3H2O+6e-=2Fe+6OH-，第二步：2Fe+N2+3H2O= Fe2O3+2NH3，

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