Question

高鐵酸鉀（K₂FeO₄）有強(qiáng)氧化性，是一種安全性很高的水處理劑．
（1）高鐵酸鉀中鐵元素的化合價(jià)是

 

，它可以將廢水中的亞硝酸鉀（KNO₂）氧化，同時(shí)生成具有吸附性的Fe（OH）₃，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

．
（2）某學(xué)習(xí)小組用廢鐵泥（主要成分為Fe₃O₃、FeO、CuO和少量Fe）制備高鐵酸鉀的流程如圖1：

①作Ⅰ要在通風(fēng)櫥中進(jìn)行，其原因是

 

．
②溶液A中含有的金屬陽(yáng)離子是

 

．
③25℃時(shí)，若將溶液B中的金屬離子完全沉淀，應(yīng)調(diào)節(jié)c（H⁺）小于

 

．
（已知：i．Ksp[Fe（OH）₃]=2.7×10^-39、Ksp[Fe（OH）₂]=4.0×10^-17、Ksp[Cu（OH）₂]=1.6×10^-20；ii．溶液中離子濃度小于10^-5mol?L^-1時(shí)，可視為沉淀完全．）
④該小組經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)，得到圖2結(jié)果，他們的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖?div id="jps7c1p" class='quizPutTag' contenteditable='true'> 

．
（3）高鐵酸鉀還可以用電解法制取，電解池以鐵絲網(wǎng)為陽(yáng)極，電解液使用氫氧化鉀溶液，其陽(yáng)極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì),物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專(zhuān)題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：（1）根據(jù)化合價(jià)代數(shù)和為零計(jì)算得出；
（2）①硝酸被還原為NO、NO₂等有毒氣體污染空氣故應(yīng)在通風(fēng)櫥中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；
②硝酸過(guò)量，鐵元素應(yīng)生成Fe³⁺，銅為Cu²⁺；
③操作Ⅱ使Fe³⁺沉淀，而Cu²⁺不沉淀留在溶液中，若使B溶液中銅離子沉淀完全，則有，Ksp[Cu（OH）₂]=c²（OH^-）×c（Cu²⁺）=1.6×10^-20c²（OH^-）=1.6×10^-20÷10^-5
c（OH^-）=4×10^-8 mol?L^-1
c（H⁺）=.5×10^-7 mol?L^-1 
當(dāng)氫離子濃度大于等于.5×10^-7 mol?L^-1時(shí)可以認(rèn)為氫氧化銅沉淀完全；
④實(shí)驗(yàn)需要的是產(chǎn)物的生成率（縱坐標(biāo)），另外還有兩個(gè)變量分別是溫度和反應(yīng)物的濃度，顯然是探究高鐵酸鉀的生成率隨溫度、硝酸鐵的質(zhì)量濃度的變化關(guān)系；
（3）活潑金屬鐵為陽(yáng)極，鐵失去電子生成FeO₄^2-，介質(zhì)為堿性；

解答： 解：（1）根據(jù)化合價(jià)代數(shù)和為零計(jì)算得出，K₂FeO₄中，鉀元素化合價(jià)+1價(jià)，氧元素化合價(jià)-2價(jià)，則金屬得到鐵元素化合價(jià)為+6價(jià)；將廢水中的亞硝酸鉀（KNO₂）氧化，同時(shí)生成具有吸附性的Fe（OH）₃，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2 K₂FeO₄+3KNO₂+5H₂O=2 Fe（OH）₃+3KNO₃+4KOH；
故答案為：+6；2 K₂FeO₄+3KNO₂+5H₂O=2 Fe（OH）₃+3KNO₃+4KOH；
（2）①硝酸被還原為NO、NO₂等有毒氣體污染空氣故應(yīng)在通風(fēng)櫥中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；
故答案為：反應(yīng)產(chǎn)生的氮氧化物有毒；
②硝酸過(guò)量，鐵元素應(yīng)生成Fe³⁺，銅為Cu²⁺；
故答案為：Fe³⁺、Cu²⁺；
③操作Ⅱ使Fe³⁺沉淀，而Cu²⁺不沉淀留在溶液中，若使B溶液中銅離子沉淀完全，則有，Ksp[Cu（OH）₂]=c²（OH^-）×c（Cu²⁺）=1.6×10^-20c²（OH^-）=1.6×10^-20÷10^-5
c（OH^-）=4×10^-8 mol?L^-1
c（H⁺）=2.5×10^-7 mol?L^-1 
當(dāng)氫離子濃度大于等于2.5×10^-7 mol?L^-1時(shí)可以認(rèn)為氫氧化銅沉淀完全；
故答案為：2.5×10^-7  mol?L^-1；
④實(shí)驗(yàn)需要的是產(chǎn)物的生成率（縱坐標(biāo)），另外還有兩個(gè)變量分別是溫度和反應(yīng)物的濃度，顯然是探究高鐵酸鉀的生成率隨溫度、硝酸鐵的質(zhì)量濃度的變化關(guān)系；
故答案為：探究高鐵酸鉀的生成率隨溫度、硝酸鐵的質(zhì)量濃度的變化關(guān)系；
（3）活潑金屬鐵為陽(yáng)極，鐵失去電子生成FeO₄^2-，介質(zhì)為堿性，電極反應(yīng)式為Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O；故答案為：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O；

點(diǎn)評(píng)：本題考查物質(zhì)制備的實(shí)驗(yàn)方法，難溶物質(zhì)溶度積常數(shù)的計(jì)算分析，圖象分析判斷和反應(yīng)速率影響因素分析應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．