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【題目】高鐵酸鹽等具有強氧化性,溶液pH越小氧化性越強,可用于除去廢水中的氨氮、重金屬等。

(1)Na2O2FeSO4干法制備Na2FeO4的反應歷程中包含的熱化學方程式有:

2FeSO4(s)+ Na2O2(s) = Fe2O3(s)+Na2SO4(s)+SO3(g) H1=akJ·mol1

2 Fe2O3(s)+2 Na2O2(s) =4NaFeO2(s)+ O2(g) H2=bkJ·mol1

2SO3(g) +2Na2O2(s) =2Na2SO4(s)+ O2(g) H3=ckJ·mol1

2NaFeO2(s)+3Na2O2(s) =2Na2FeO4(s)+2Na2O(s) H4=dkJ·mol1

則反應2FeSO4(s) + 6Na2O2(s) =2Na2FeO4(s)+2Na2O(s)+2Na2SO4(s) + O2(g)H=_____kJ·mol1(用含a、b、c、d的代數式表示);該反應中,每生成1mol Na2FeO4轉移電子數為_____mol。

(2)J.C.Poggendor早在1841年利用純鐵作電極插入濃的NaOH溶液電解制得Na2FeO4,陽極生成FeO42的電極反應式為_____;Deinimger等對其進行改進,在陰、陽電極間設置陽離子交換膜,有效提高了產率,陽離子交換膜的作用是_____

(3)K2FeO4的穩(wěn)定性與pH關系如圖-1所示,用K2FeO4去除某氨氮(NH3-N)廢水,氨氮去除率與pH關系如圖-2;用K2FeO4處理Zn2+濃度為0.12mg·L—1的含鋅廢水{Ksp[Zn(OH)2]=1.2×1017},鋅殘留量與pH關系如圖-3所示(已知:K2FeO4與H2O反應生成Fe(OH)3的過程中,可以捕集某些難溶金屬的氫氧化物形成共沉淀)。

pH=11時,K2FeO4與H2O反應生成Fe(OH)3和O2等物質的離子方程式為_____。

圖-2中:pH越大氨氮的去除率也越大,其原因可能是_____。

圖-3中:pH=10時鋅的去除率比pH=5時大得多,其原因是_____(從鋅的存在形態(tài)的角度說明)。

【答案】【答題空1】(2a+b+c+2d)/2 【答題空2】5 【答題空3】Fe + 8OH―6e= FeO42+4H2O 避免FeO42-在陰極上被還原 【答題空5】4FeO42-+ 10H2O = 4Fe(OH)3↓ + 3O2↑ + 8OH 【答題空6】高鐵酸鹽在酸性較強時不穩(wěn)定,容易分解,與污染物作用的時間短(以及在酸性條件下,氨氮主要以NH4+的形成存在,具有較穩(wěn)定結約,還原性比NH3弱) pH5時,鋅以Zn2+存在;在pH=10時,鋅幾乎都以Zn(OH)2存在,并被高鐵酸鹽分解的產物Fe(OH)3捕集

【解析】

1)①2FeSO4(s)+ Na2O2(s) = Fe2O3(s)+Na2SO4(s)+SO3(g),②2 Fe2O3(s)+2 Na2O2(s) =4NaFeO2(s)+ O2(g),③ 2SO3(g) +2Na2O2(s) =2Na2SO4(s)+ O2(g),④ 2NaFeO2(s)+3Na2O2(s) =2Na2FeO4(s)+2Na2O(s),根據目標反應方程式,(2×①+②+③+2×④)/2,推出H=(2abc2d)/2kJ·mol1;根據反應方程式,FeSO4Fe的化合價升高,部分Na2O2中的O化合價升高,因此生成1molNa2FeO4轉移電子物質的量(1mol×41/2mol×2×1)=5mol;

2)根據電解原理,以及實驗目的,Fe作陽極,電解質為NaOH,因此陽極反應式為Fe6e8OH=FeO424H2O;陽離子交換膜只允許陽離子通過,FeO42具有強氧化性,在陰極上得電子,因此陽離子交換膜的作用是防止FeO42在陰極上被還原;

3)①K2FeO4H2O反應生成Fe(OH)3O2,溶液pH=11為堿性,其離子方程式為4FeO4210H2O=4Fe(OH)3↓+3O2↑+8OH;

②高鐵酸鹽具有強氧化性,可用于除去廢水中的氨氮,根據信息,高鐵酸鹽在酸性和中性條件下不穩(wěn)定,在堿性條件下穩(wěn)定,因此pH越大氨氮的去除率也越大的原因可能是高鐵酸鹽在酸性較強時不穩(wěn)定,容易分解,與污染物作用的時間較短,或者是在酸性條件下,氨氮主要以NH4形式存在,具有較穩(wěn)定結果,還原性比NH3弱;

K2FeO4H2O反應生成Fe(OH)3的過程中,可以捕集某些難溶金屬的氫氧化物形成共沉淀,pH=10時鋅的去除率比pH=5時大得多,其原因是在pH5時,鋅以Zn2+存在;在pH=10時,鋅幾乎都以Zn(OH)2存在,并被高鐵酸鹽分解的產物Fe(OH)3捕集;

練習冊系列答案
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容器編號

起始時各物質物質的量/mol

達平衡時體系能量變化的數值

X2

Y2

XY3

1

3

0

23.15 kJ

0.6

1.8

0.8

Q(Q>0)kJ

下列敘述正確的是

A. 容器①、②中反應的平衡常數不相等

B. 達平衡時,兩個容器中XY3的物質的量濃度均為2mol·L1

C. 容器②中反應達到平衡時放出的熱量為Q kJ

D. 若容器①體積為 0.20 L,則達平衡時放出的熱量大于23.15 kJ

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