Question

6．高鐵酸鹽在環(huán)保、能源等方面有著廣泛的用途．
Ⅰ．高鐵酸鉀（K₂FeO₄）具有強(qiáng)氧化性，是一種理想的水處理劑，試解釋其原因高鐵酸鉀具有強(qiáng)氧化性，能起到殺菌、消毒作用，產(chǎn)生Fe³⁺能水解生成Fe（OH）₃膠體，能起到凈水作用．
Ⅱ．高鐵電池的研制也在進(jìn)行中．如圖1是高鐵電池的模擬實(shí)驗(yàn)裝置：

（1）該電池放電時(shí)正極的電極反應(yīng)式為FeO₄^2-+4H₂O+3e^-=Fe（OH）₃↓+5OH^-．
（2）鹽橋中盛有飽和KCl溶液，此鹽橋中氯離子向右移動(dòng)（填“左”或“右”）；若用陽(yáng)離子交換膜代替鹽橋，則鉀離子向左移動(dòng)（填“左”或“右”）．
（3）圖2為高鐵電池和常用的高能堿性電池的放電曲線，由此可得出高鐵電池的優(yōu)點(diǎn)有使用時(shí)間長(zhǎng)、工作電壓穩(wěn)定．
Ⅲ．工業(yè)上濕法制備K₂FeO₄的工藝流程如圖3．

（1）完成“氧化”過程中反應(yīng)的化學(xué)方程式：
2FeC1₃+3NaC1O+10NaOH=2Na₂FeO₄+9NaCl+5H₂O
（2）加入飽和KOH溶液的目的是減小高鐵酸鉀的溶解，促進(jìn)高鐵酸鉀晶體析出．
（3）己知25℃時(shí)K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，此溫度下若在實(shí)驗(yàn)室中配制5mol/L 100mLFeC1₃溶液，為使配制過程中不出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，則至少需要加入2.5mL2mol/L的鹽酸（忽略加入鹽酸體積）．

Answer 1

分析 I．K₂FeO₄的強(qiáng)氧化性，可殺菌消毒，還原產(chǎn)物鐵離子水解生成膠體；
Ⅱ．（1）由圖可知，Zn為負(fù)極，C為正極，正極上發(fā)生還原反應(yīng)；
（2）原電池中陰離子向負(fù)極移動(dòng)，陽(yáng)離子向正極移動(dòng)；
（3）由圖可知，高鐵電池放電時(shí)間長(zhǎng)，壽命長(zhǎng)；
Ⅲ．由濕法制備的工藝流程可知，氯化鐵溶液中加入次氯酸鈉和氫氧化鈉，發(fā)生2FeCl₃+10NaOH+3NaClO=2Na₂FeO₄+9NaCl+5H₂O；將Na₂FeO₄粗產(chǎn)品在40%KOH溶液中溶解，過濾除去雜質(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和其他雜質(zhì)，得到純產(chǎn)品高鐵酸鉀．
（1）反應(yīng)中Fe元素化合價(jià)升高，Cl元素的化合價(jià)降低，結(jié)合電子、原子守恒配平方程式；
（2）加入飽和KOH溶液可以增大K⁺的濃度，使平衡向右移動(dòng)；
（3）若不出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，則c（Fe³⁺）×C³（OH^-）≤K_sp[Fe（OH）₃]，代入有關(guān)數(shù)據(jù)后可求出c（OH^-），進(jìn)而計(jì)算c（H⁺），結(jié)合溶液稀釋前后溶質(zhì)的物質(zhì)的量不變計(jì)算該題．

解答 解：I．高鐵酸鉀（K₂FeO₄）具有強(qiáng)氧化性，是一種理想的水處理劑，其原因?yàn)楦哞F酸鉀具有強(qiáng)氧化性，能起到殺菌、消毒作用，產(chǎn)生Fe³⁺能水解生成Fe（OH）₃膠體，能起到凈水作用，
故答案為：高鐵酸鉀具有強(qiáng)氧化性，能起到殺菌、消毒作用，產(chǎn)生Fe³⁺能水解生成Fe（OH）₃膠體，能起到凈水作用；
Ⅱ．（1）由圖可知，Zn為負(fù)極，C為正極，該電池放電時(shí)正極的電極反應(yīng)式為FeO₄^2-+4H₂O+3e^-=Fe（OH）₃↓+5OH^-，
故答案為：FeO₄^2-+4H₂O+3e^-=Fe（OH）₃↓+5OH^-；
（2）原電池中陰離子向負(fù)極移動(dòng)，陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，則鹽橋中盛有飽和KCl溶液，此鹽橋中氯離子向右移動(dòng)，若用陽(yáng)離子交換膜代替鹽橋，則鉀離子向左移動(dòng)，
故答案為：右；左；
（3）由圖2這高鐵電池和常用的高能堿性電池的放電曲線，由此可得出高鐵電池的優(yōu)點(diǎn)有使用時(shí)間長(zhǎng)、工作電壓穩(wěn)定，
故答案為：使用時(shí)間長(zhǎng)、工作電壓穩(wěn)定；
Ⅲ．（1）反應(yīng)中FeCl₃→Na₂FeO₄，鐵元素化合價(jià)由+3價(jià)升高為+6價(jià)，化合價(jià)總升高3價(jià)，NaClO→NaCl，氯元素化合價(jià)由+1降低為-1價(jià)，化合價(jià)總共降低2價(jià)，化合價(jià)升降最小公倍數(shù)為6，故FeCl₃系數(shù)為2，NaClO系數(shù)為3，由鐵元素守恒可知 Na₂FeO₄系數(shù)為2，由氯元素守恒可知NaCl系數(shù)為2×3+3=9，根據(jù)鈉元素守恒可知NaOH系數(shù)為9+2×2=13，由氫元素守恒可知H₂O系數(shù)為5，配平方程式為2FeCl₃+3NaClO+10NaOH=2Na₂FeO₄+9NaCl+5H₂O，
故答案為：2；3；10；2；9；5；
（2）Na₂FeO₄+2KOH?K₂FeO₄+2NaOH，加入飽和KOH溶液可以增大K⁺的濃度，使平衡向右移動(dòng)，則加入飽和KOH溶液的目的是減小高鐵酸鉀的溶解，促進(jìn)高鐵酸鉀晶體析出，
故答案為：減小高鐵酸鉀的溶解，促進(jìn)高鐵酸鉀晶體析出；（1）2FeC1₃+3NaC1O+10NaOH=2NaFeO₄+9NaCl+5H₂O（2分）
（3）若不出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，則c（Fe³⁺）×C³（OH^-）≤K_sp[Fe（OH）₃]，則c（OH^-）≤$\root{3}{\frac{4.0×1{0}^{-38}}{5}}$=2×10^-13mol/L，c（H⁺）≥0.05mol/L，則加入鹽酸的體積至少為$\frac{0.1L×0.05mol/L}{2mol/L}$=0.0025L=2.5mL，
故答案為：2.5．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的制備實(shí)驗(yàn)，為高頻考點(diǎn)，把握制備流程中的反應(yīng)、混合物分離提純、原電池及氧化還原反應(yīng)、Ksp計(jì)算等為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾�，綜合性較強(qiáng)，題目難度中等．