Question

【題目】粉煤灰是燃煤產生的重要污染物，主要成分有Al2O3、Fe2O3和SiO2等物質。綜合利用粉煤灰不僅能防止環境污染，還能獲得納米Fe2O3等重要物質。

回答下列問題：

（1）過程Ⅰ對粉煤灰進行酸浸過濾后，濾渣的主要成分是_____。

（2）過程Ⅱ加入伯胺—煤油后，將浸取液進行分離的操作名稱是___；伯胺(R－NH2)能與Fe3＋反應生成易溶于煤油的，該反應的離子方程式為____。

（3）過程Ⅲ，利用NaCl溶液進行“反萃取”發生了______變化（填“物理”或“化學”）。

（4）過程Ⅳ分兩步完成，先是過量的N2H4將水層2中的鐵元素轉化為Fe2＋，得到的Fe2＋再被O2氧化為FeOOH。其中第一步反應生成的含氮微粒的化學式為______。

（5）納米Fe2O3是一種多功能材料，常壓下用納米Fe2O3電化學法合成氨的裝置如圖所示，其中電解液為熔融NaOH—KOH，該裝置工作時可循環利用的物質是___。實驗測得納米Fe2O3在反應前后的質量和化學性質均未變，其顆粒大小變為毫米級，則說明納米Fe2O3在電極上發生的反應過程如下：__（用化學用語表示）。

Answer 1

【答案】SiO2 分液

或） 化學 N2和N2H5＋ H2O ，

或，

或，

【解析】

粉煤灰用H2SO4浸泡，其中的Al2O3和Fe2O3會與H2SO4反應生成，Al2(SO4)3、Fe2(SO4)3；而SiO2不反應，是沉淀，過濾除去；用伯胺－煤油萃取，Fe3＋與伯胺反應，進入煤油中，從而與Al3＋分離，再用NaCl溶液，反萃取Fe3＋進入水層，再反應得到FeOOH，最后得到納米Fe2O3。

(1)粉煤灰用H2SO4浸泡，其中的Al2O3和Fe2O3會與H2SO4反應生成，Al2(SO4)3、Fe2(SO4)3；而SiO2不反應，是沉淀，過濾除去，濾渣的主要成分是SiO2；

(2)伯胺－煤油萃取后，得到是互不相溶的液體，分離互不相溶的液體用分液；根據電荷守恒，可配平方程式；

(3)過程Ⅲ，利用NaCl溶液進行“反萃取”，Fe3＋從有機層進入到水層，說明Fe3＋形成的物質發生變化，從易溶于有機物的物質變成了易溶于水的物質，因此發生了化學變化；

(4)反萃取后，水溶液中存在Fe3＋，與N2H4反應轉化為Fe2＋，Fe的化合價降低，因此N的化合價升高，根據得失電子守恒和電荷守恒，可得離子方程式為4Fe3＋＋5N2H4=4Fe2＋＋N2＋4N2H5＋，含氮微粒的化學是為N2和N2H5＋；

(5)根據示意圖，N2和H2O轉化了NH3，N的化合價降低，發生了還原反應，電極方程式為N2＋6H2O＋6e－=2NH3＋6OH－；而另一極，OH－失去生成O2，4OH－－4e－=O2↑＋2H2O；N2和H2O反應消耗了水，而OH－放電又生成了水，因此可循環利用的物質是H2O；

納米Fe2O3在反應前后的質量和化學性質均未變，其顆粒大小變為毫米級，說明Fe2O3是該反應的催化劑；OH－在右側電極失去電極，說明左側電極得到電子發生還原反應，因此可能為Fe2O3先得到電子發生還原反應，得到還原產物，再與N2反應；Fe2O3中Fe的化合價是＋3，得到電子化合價降低可能得到還原產物Fe、Fe3O4、FeO；則納米Fe2O3在電極上發生的反應過程可能為，或，或，