Question

3．鐵及其化合物在日常生活、生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛．氯化鐵和高鐵酸鉀都是常見的水處理劑．如圖為制備氯化鐵及進(jìn)一步氧化制備高鐵酸鉀的工藝流程．

請回答下列問題：
（1）已知：①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）═2Fe（s）+3CO（g）△H=+489.0kJ•mol^-1
②C（石墨）+CO₂（g）═2CO（g）△H=+172.5kJ•mol^-1
用赤鐵礦為原料在高爐煉鐵過程中發(fā)生的主要反應(yīng)為
Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5 kJ•mol^-1．
（2）吸收劑X的溶質(zhì)為FeCl₂（寫化學(xué)式）．
（3）氧化劑Y為“84消毒液”的有效成分，則在堿性條件下反應(yīng)①的離子方程式為2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-═2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．
（4）過程②是在某低溫下進(jìn)行的，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2KOH+Na₂FeO₄═K₂FeO₄+2NaOH，說明此溫度下K_sp（K₂FeO₄）＜K_sp（Na₂FeO₄）（填“＞”或“＜”）．假定此過程中Na₂FeO₄完全轉(zhuǎn)化為K₂FeO₄，若最終制得粗產(chǎn)品K₂FeO₄ 206.25t，產(chǎn)品純度為96%，則理論上至少需要氧化劑Y的質(zhì)量是55.875t．
（5）高鐵電池是一種新型二次電池，電解液為強(qiáng)堿溶液，其電池反應(yīng)為
3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O$?_{放電}^{充電}$3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH
放電時電池的負(fù)極反應(yīng)式為Zn+2OH^--2e^-═Zn（OH）₂．

Answer 1

分析 氯氣與鐵反應(yīng)生成三氯化鐵，冷卻得到三氯化鐵固體，尾氣中含有氯氣，用氯化亞鐵溶液吸收得到氯化鐵溶液，把氯化鐵固體溶于吸收液得到濃氯化鐵溶液，氯氣與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成次氯酸鈉溶液，次氯酸鈉具有強(qiáng)氧化性，與氯化鐵溶液反應(yīng)生成Na₂FeO₄，然后向該溶液中加飽和的KOH溶液，析出固體K₂FeO₄．
（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式 和蓋斯定律計(jì)算分析判斷；
（2）從反應(yīng)爐中排出的尾氣是反應(yīng)剩余的Cl₂，與吸收劑X反應(yīng)生成FeCl₃溶液；
（3）“84消毒液”的有效成分為NaClO，與FeCl₃反應(yīng)生成FeO₄^2-；
（4）從難溶電解質(zhì)的沉淀轉(zhuǎn)化的角度分析；根據(jù)方程式中物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系計(jì)算；
（5）高鐵電池是一種新型二次電池，電解液為強(qiáng)堿溶液，放電時為原電池，Zn在負(fù)極失電子生成氫氧化鋅．

解答 解：（1）①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJmol^-1
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJmol^-1
由蓋斯定律①-②×3得到Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1，故答案為：-28.5；
（2）通過工藝流程圖可知，從反應(yīng)爐中排出的尾氣是反應(yīng)剩余的Cl₂，與吸收劑X在吸收塔中反應(yīng)生成FeCl₃溶液，則吸收劑X應(yīng)是FeCl₂溶液，
故答案為：FeCl₂；
（3）“84消毒液”的有效成分為NaClO，與FeCl₃反應(yīng)生成FeO₄^2-、次氯酸鈉被還原為氯離子，則反應(yīng)的離子方程式為：2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-═2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
故答案為：2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-═2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
（4）根據(jù)反應(yīng)Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄+2NaOH可知，反應(yīng)生成溶解度更小的物質(zhì)，說明此溫度下K_sp（K₂FeO₄）＜K_sp（Na₂FeO₄）；
已知2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-═2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，2KOH+Na₂FeO₄═K₂FeO₄+2NaOH，
則 3NaClO～2Na₂FeO₄～2K₂FeO₄，
  3×74.5                           2×396
   m                                 206.25t×96%
則m=$\frac{3×74.5×206.25t×96%}{2×396}$=55.875t；
故答案為：＜；55.875；
（5）高鐵電池是一種新型二次電池，電解液為強(qiáng)堿溶液，放電時為原電池，Zn在負(fù)極失電子生成氫氧化鋅，則負(fù)極的電極反應(yīng)式為：Zn+2OH^--2e^-═Zn（OH）₂；
故答案為：Zn+2OH^--2e^-═Zn（OH）₂．

點(diǎn)評 本題考查了物質(zhì)的制備流程的理解應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)基本操作、物質(zhì)性質(zhì)的分析應(yīng)用、反應(yīng)熱的計(jì)算、電極方程式的書寫等，為高考常見題型，題目涉及的知識點(diǎn)較多，側(cè)重于考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�和對基礎(chǔ)知識的綜合應(yīng)用能力，題目難度中等．