Question

鐵是地殼中含量第二的金屬元素，其單質、合金及化合物在生產生活中的應用廣泛。
(―)工業廢水中含有一定量的Cr₂O₇^2－和CrO₄^2－，它們會對人類及生態系統產生很大的危害，必須進行處理。常用的處理方法是電解法，該法用Fe作電極電解含Cr₂O₇^2－的酸性廢水，隨著電解的進行，陰極附近溶液pH升高，產生Cr（OH）₃沉淀。
（1）用Fe作電極的目的是   。
（2）陰極附近溶液pH升高的原因是_                            (用電極反應式解釋）；溶液中同時生成的沉淀還有   。
(二)氮化鐵磁粉是一種磁記錄材料，利用氨氣在400℃以上分解得到的氮原子滲透到高純鐵粉中可制備氮化鐵。制備高純鐵粉涉及的主要生產流程如下：

已知①某赤鐵礦石含60.0%Fe₂O₃、3.6%FeO，還含有Al₂O₃、MnO₂、CuO等。
②部分陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的pH如下：

（3）步驟②中加雙氧水的目的是                         ，pH控制在3.4的作用是              ，已知25℃時，K_sp[Cu（OH）₂] =2.010^-20，該溫度下反應：Cu^2＋＋2H₂OCu(OH)₂＋2H^＋的平衡常數K=             。
（4）如何判斷步驟③中沉淀是否洗滌干凈？                             。
（5）制備氮化鐵磁粉的反應：Fe＋NH₃Fe_xN_y＋H₂ (未配平）,若整個過程中消耗氨氣34.0g，消耗赤鐵礦石2kg，設整個過程中無損耗，則Fe_xN_y磁粉的化學式為            。

Answer 1

（1）提供還原劑Fe²⁺
（2）2H^＋＋2e^－=H₂↑(或2H₂O－2e^－=H₂＋2OH^－)；Fe(OH)₃
（3）將溶液中的Fe²⁺氧化為Fe³⁺；使溶液中的Fe³⁺完全沉淀，而其他金屬離子不沉淀；5.0×10^-9
（4）取少量最后一次洗滌液于試管中，滴加BaCl₂溶液，若有白色沉淀生成，則表明沉淀沒有洗凈；若無沉淀生成，則表明已洗凈。
（5）Fe₈N

解析試題分析：（1）根據題意，Cr₂O₇^2－和CrO₄^2－被還原為Cr³⁺，因此需要還原劑，而Fe作電極電解時產生的Fe²⁺具有還原性，Fe²⁺被氧化為Fe³⁺。
（2）電解時，陰極H⁺放電產生H₂，剩余OH^-，溶液顯堿性。溶液中的金屬離子除了Cr³⁺，還有Fe³⁺，因此還會生成Fe(OH)₃。
（3）根據流程圖，沉淀只有Fe(OH)₃，為使鐵離子完全沉淀，需將Fe²⁺轉化為Fe³⁺，加雙氧水是為了將Fe²⁺氧化為Fe³⁺。根據金屬離子沉淀時的pH，可知控制pH=3.4，是為了使鐵完全沉淀，而其他離子不沉淀，得到純凈的鐵的化合物。反應平衡常數，代入數據可得K=5.0×10^-9。
（4）流程中第一步用硫酸溶解固體，故檢驗沉淀是否洗凈，可檢驗沉淀中是否含有SO₄^2-。
（5）2kg礦石中的含鐵量為：，氨氣的物質的量為，即反應中n(Fe):n(NH₃)=8:1，因此反應的化學方程式為16Fe＋2NH₃2Fe₈N＋3H₂。
考點：考查氧化還原反應，沉淀溶解平衡，電解池，化學計算等。