Question

5．高鐵酸鹽在能源、環(huán)保等方面有著廣泛的用途．濕法、干法制備高鐵酸鹽的原理如下表所示．

濕法	強(qiáng)堿性介質(zhì)中，F(xiàn)e（NO3）3與NaClO反應(yīng)生成紫紅色高鐵酸鹽溶液
干法	Fe2O3、KNO3、KOH混合加熱共熔生成紫紅色高鐵酸鹽和KNO2等產(chǎn)物

（1）工業(yè)上用濕法制備高鐵酸鉀（K₂FeO₄）的流程如圖1所示：
①實(shí)驗(yàn)室制備Cl₂的化學(xué)方程式為MnO₂+4HCl（濃鹽酸）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O．
②反應(yīng)I的化學(xué)方程式為2NaOH+Cl₂=NaCl+NaClO+H₂O．
③濕法制備高鐵酸鹽的離子方程式為3ClO^-+10OH^-+2Fe³⁺=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．
（2）高鐵酸鉀是一種理想的水處理劑，其處理水的原理為高鐵酸鉀有強(qiáng)氧化性，能殺菌消毒，產(chǎn)生的Fe（OH）₃膠體有吸附性，能吸附水中懸浮物質(zhì)形成沉淀，從而凈化水．
（3）干法制備K₂FeO₄的反應(yīng)中，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為3：1．
（4）高鐵電池是可充電電池，其反應(yīng)為3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O$?_{充電}^{放電}$3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH．其正極的電極反應(yīng)式為FeO₄^2-+4H₂O+3e^-=Fe（OH）₃+5OH^-陰極的電極反應(yīng)式為Zn（OH）₂+2e^-=Zn+2OH^-
如圖2為該電池和常用的高能堿性電池的放電曲線，由此可得出的高鐵電池的優(yōu)點(diǎn)有放電時(shí)間長(zhǎng)，工作電壓穩(wěn)定． 

Answer 1

分析 反應(yīng)Ⅰ：2NaOH+Cl₂═NaCl+NaClO+H₂O，反應(yīng)Ⅱ：3ClO^-+10OH^-+2Fe³⁺=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，將Na₂FeO₄粗產(chǎn)品在40%KOH溶液中溶解，過(guò)濾除去雜質(zhì)NaCl，加入飽和KOH溶液后，將Na₂FeO₄轉(zhuǎn)化為溶解度更小的K₂FeO₄，反應(yīng)方程式為Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄+2NaOH，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾，高鐵酸鉀易溶于水，難溶于異丙醇，用異丙醇代替水洗滌產(chǎn)品可以減少高鐵酸鉀的損耗，同時(shí)洗去高鐵酸鉀晶體表面的KOH和其它雜質(zhì)，得到純產(chǎn)品高鐵酸鉀，
（1）①實(shí)驗(yàn)室用濃鹽酸和二氧化錳在加熱條件下制取氯氣；
②反應(yīng)I為氫氧化鈉和氯氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成NaCl、NaClO和水；
③次氯酸根離子和鐵離子、氫氧根離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成高鐵酸根離子、氯離子和水；
（2）高鐵酸鉀具有強(qiáng)氧化性，能殺菌消毒；反應(yīng)生成的鐵離子水解生成的氫氧化鐵膠體，膠體具有吸附性，從而凈化水；
（3）根據(jù)含元素化合價(jià)升高的物質(zhì)為還原劑，含元素化合價(jià)降低的物質(zhì)為氧化劑，并利用化學(xué)反應(yīng)方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)來(lái)分析氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比；
（4）高鐵電池是可充電電池，其反應(yīng)為3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O$?_{充電}^{放電}$3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH，正極上高鐵離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)；陰極上氫氧化鋅得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
高鐵電池放電時(shí)間長(zhǎng)，工作電壓穩(wěn)定．

解答 解：反應(yīng)Ⅰ：2NaOH+Cl₂═NaCl+NaClO+H₂O，反應(yīng)Ⅱ：3ClO^-+10OH^-+2Fe³⁺=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，將Na₂FeO₄粗產(chǎn)品在40%KOH溶液中溶解，過(guò)濾除去雜質(zhì)NaCl，加入飽和KOH溶液后，將Na₂FeO₄轉(zhuǎn)化為溶解度更小的K₂FeO₄，反應(yīng)方程式為Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄+2NaOH，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾，高鐵酸鉀易溶于水，難溶于異丙醇，用異丙醇代替水洗滌產(chǎn)品可以減少高鐵酸鉀的損耗，同時(shí)洗去高鐵酸鉀晶體表面的KOH和其它雜質(zhì)，得到純產(chǎn)品高鐵酸鉀，
（1）①實(shí)驗(yàn)室用濃鹽酸和二氧化錳在加熱條件下制取氯氣，反應(yīng)方程式為MnO₂+4HCl（濃鹽酸）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，故答案為：MnO₂+4HCl（濃鹽酸）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O；
②反應(yīng)I為氫氧化鈉和氯氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成NaCl、NaClO和水，反應(yīng)方程式為2NaOH+Cl₂=NaCl+NaClO+H₂O，故答案為：2NaOH+Cl₂=NaCl+NaClO+H₂O；
③次氯酸根離子和鐵離子、氫氧根離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成高鐵酸根離子、氯離子和水，離子方程式為3ClO^-+10OH^-+2Fe³⁺=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，故答案為：3ClO^-+10OH^-+2Fe³⁺=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
（2）高鐵酸鉀具有強(qiáng)氧化性，能殺菌消毒；反應(yīng)生成的鐵離子水解生成的氫氧化鐵膠體，膠體具有吸附性，從而凈化水，
故答案為高鐵酸鉀有強(qiáng)氧化性，能殺菌消毒；產(chǎn)生的Fe（OH）₃膠體有吸附性，能吸附水中懸浮物質(zhì)形成沉淀，從而凈化水；
（3）Fe₂O₃+3KNO₃+4KOH═2K₂FeO₄+3KNO₂+2H₂O，氮元素的化合價(jià)降低，鐵元素的化合價(jià)升高，則KNO₃為氧化劑，F(xiàn)e₂O₃為還原劑，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為3：1，故答案為：3：1；
（4）高鐵電池是可充電電池，其反應(yīng)為3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O$?_{充電}^{放電}$3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH，正極上高鐵離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為FeO₄^2-+4H₂O+3e^-=Fe（OH）₃+5OH^-；陰極上氫氧化鋅得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Zn（OH）₂+2e^-=Zn+2OH^-；
高鐵電池放電時(shí)間長(zhǎng)，工作電壓穩(wěn)定，
故答案為：FeO₄^2-+4H₂O+3e^-=Fe（OH）₃+5OH^-；Zn（OH）₂+2e^-=Zn+2OH^-；放電時(shí)間長(zhǎng)，工作電壓穩(wěn)定．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備，為高頻考點(diǎn)，涉及原電池和電解池原理、氧化還原反應(yīng)、氣體制備、鹽類(lèi)水解等知識(shí)點(diǎn)，明確反應(yīng)原理及物質(zhì)性質(zhì)是解本題關(guān)鍵，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)，題目難度中等．