Question

【題目】高鐵酸鉀是綠色、環(huán)保型水處理劑。工業(yè)上利用硫酸亞鐵為原料，通過(guò)鐵黃(FeOOH)制備高鐵酸鉀，可降低生產(chǎn)成本且產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)。工藝流程：

回答下列問(wèn)題：

(1)已知：常溫下，Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10—38。高鐵酸鉀的凈水能力與廢水的pH有關(guān)，當(dāng)溶液pH=2時(shí)，廢水中c(Fe3+)=_______________molL﹣1

(2)制備鐵黃的離子方程式為_______________。實(shí)驗(yàn)測(cè)得反應(yīng)溶液的pH、溫度對(duì)鐵黃產(chǎn)率的影響如圖所示。反應(yīng)溫度宜選擇_________。

(3)①高鐵酸鹽在水溶液中有四種含鐵形體。25℃時(shí)，它們的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨pH的變化如圖所示：

pH=2.6時(shí)，溶液中主要含鐵形體濃度的大小關(guān)系為________。

②已知H3FeO4+電離常數(shù)分別為：K1=2.51×10—2，K2=4.16×10—4，K3=5.01×10—8，當(dāng)pH=4時(shí)，溶液中=________。

(4)工業(yè)上還可用通過(guò)電解濃NaOH溶液制備Na2FeO4，其工作原理如圖所示：陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為__________；其中可循環(huán)使用的物質(zhì)____________。

Answer 1

【答案】0.04 12Fe2++3O2+2H2O=4FeOOH+8Fe3+ 40℃ c(H2FeO4)＞c(HFeO4－)＞c(H3FeO4+) 4.16 Fe+8OH－-6e-=FeO42- +4H2O NaOH溶液

【解析】

FeSO4溶液中通入O2，在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)12FeSO4+3O2+2H2O=4FeOOH+4Fe2(SO4)3；NaOH溶液中通入Cl2，發(fā)生反應(yīng)2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+H2O，兩溶液混合后發(fā)生反應(yīng)2FeOOH+3NaClO+4NaOH=2Na2FeO4+3NaCl+3H2O。高鐵酸鈉與氯化鉀反應(yīng)生成高鐵酸鉀，據(jù)此解答。

(1)pH=2時(shí)，c(OH-)=10-12mol/L，廢水中c(Fe3+)=molL﹣1=0.04molL﹣1。答案為：0.04；

(2)由以上分析知，制備鐵黃的離子方程式為12Fe2++3O2+2H2O=4FeOOH+8Fe3+。從圖中可以看出，40℃時(shí)FeOOH的產(chǎn)率最大，所以反應(yīng)溫度宜選擇40℃。答案為：12Fe2++3O2+2H2O=4FeOOH+8Fe3+；40℃；

(3)①?gòu)膱D中可以看出，pH=2.6時(shí)，溶液中主要含鐵形體濃度的大小關(guān)系為c(H2FeO4)＞c(HFeO4－)＞c(H3FeO4+)。答案為：c(H2FeO4)＞c(HFeO4－)＞c(H3FeO4+)；

②pH=4時(shí)，計(jì)算溶液中，應(yīng)使用包含兩種離子的電離平衡H2FeO4H++HFeO4-，K2=，所以==4.16。答案為：4.16；

(4)通過(guò)電解濃NaOH溶液制備Na2FeO4，陽(yáng)極為Fe，電極反應(yīng)式為Fe+8OH－-6e-=FeO42- +4H2O，陰極為Ni，電極反應(yīng)式為6H2O+6e-=6OH- +3H2↑，電解后NaOH溶液的濃度減小，但可以循環(huán)使用，所以可循環(huán)使用的物質(zhì)為NaOH溶液。答案為：Fe+8OH－-6e-=FeO42- +4H2O；NaOH溶液。