Question

高鐵酸鹽在能源、環(huán)保等方面有著廣泛的用途．濕法、干法制備高鐵酸鹽的原理如表所示．

濕法	強堿性介質(zhì)中，F(xiàn)e（NO3）3與NaClO反應(yīng)生成紫紅色高鐵酸鹽溶液
干法	Fe2O3、KNO3、KOH混合加熱共熔生成紫紅色高鐵酸鹽和KNO2等產(chǎn)物

（1）工業(yè)上用濕法制備高鐵酸鉀（K₂FeO₄）的流程如圖所示：

①洗滌粗品時選用異丙醇而不用水的理由是：

 

．
②反應(yīng)II的離子方程式為

 

．
③已知25℃時Fe（OH）₃的Ksp=4.0×10^-38，反應(yīng)II后的溶液中c（Fe³⁺）=4.0×10^-5 mol/L，則需要調(diào)整pH=

 

時，開始生成Fe（OH）₃（不考慮溶液體積的變化）．
（2）由流程圖可見，濕法制備高鐵酸鉀時，需先制得高鐵酸鈉，然后再向高鐵酸鈉中加入飽和KOH溶液，即可析出高鐵酸鉀．
①加入飽和KOH溶液的目的是：

 

．
②由以上信息可知：高鐵酸鉀的溶解度比高鐵酸鈉

 

（填“大”或“小”）．
（3）干法制備K₂FeO₄的反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為

 

．
（4）高鐵電池是正在研制中的可充電干電池，高鐵電池具有工作電壓穩(wěn)定，放電時間長等優(yōu)點，有人以高鐵酸鉀、二氧化硫和三氧化硫為原料，以硫酸鉀為電解質(zhì)，用惰性電極設(shè)計成高溫下使用的電池，寫出該電池正極電極反應(yīng)式：

 

．

Answer 1

考點：制備實驗方案的設(shè)計

專題：實驗設(shè)計題

分析：反應(yīng)Ⅰ：2NaOH+Cl₂═NaCl+NaClO+H₂O，反應(yīng)Ⅱ：3ClO^-+10OH^-+2Fe³⁺=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，加入飽和KOH溶液可以增大K⁺濃度，促進(jìn)K₂FeO₄晶體析出．
（1）①高鐵酸鉀溶于水，不溶于異丙醇，減少產(chǎn)品的損耗；
②根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式，反應(yīng)Ⅱ是次氯酸根離子在堿溶液中把鐵離子氧化為高鐵酸根離子；
③依據(jù)溶度積常數(shù)和鐵離子濃度計算氫氧根離子濃度，結(jié)合離子積常數(shù)計算氫離子濃度得到鐵離子沉淀的PH；
（2）①加入飽和KOH溶液增大反應(yīng)物的濃度，使平衡右移；
②濕法制備高鐵酸鉀時，需先制得高鐵酸鈉，然后再向高鐵酸鈉中加入飽和KOH溶液，即可析出高鐵酸鉀，說明高鐵酸鉀溶解度小；
（3）根據(jù)含元素化合價升高的物質(zhì)為還原劑，含元素化合價降低的物質(zhì)為氧化劑，并利用化學(xué)反應(yīng)方程式中的化學(xué)計量數(shù)來分析氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比；
（4）依據(jù)原電池原理分析判斷，負(fù)極上是發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上是得電子發(fā)生還原反應(yīng)，高鐵酸根離子被二氧化硫還原為鐵離子，結(jié)合電解質(zhì)溶液書寫電極反應(yīng)．

解答： 解：反應(yīng)Ⅰ：2NaOH+Cl₂═NaCl+NaClO+H₂O，反應(yīng)Ⅱ：3ClO^-+10OH^-+2Fe³⁺=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，加入飽和KOH溶液可以增大K⁺濃度，促進(jìn)K₂FeO₄晶體析出．
（1）①洗滌粗品時選用異丙醇而不用水的理由是，高鐵酸鉀易溶于水，難溶于異丙醇，可以減少高鐵酸鉀的損耗；
故答案為：減少高鐵酸鉀的溶解損失；
②ClO^-在堿性條件下可將Fe³⁺氧化為FeO₄^2-，反應(yīng)方程式為，3ClO^-+10OH^-+2Fe³⁺=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
故答案為：3ClO^-+10OH^-+2Fe³⁺=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
③25℃時Fe（OH）₃的Ksp=4.0×10^-38，反應(yīng)Ⅱ后的溶液中c（Fe³⁺）=4.0×10^-5mol/L，Ksp=c（Fe³⁺）×c³（OH^-），c³（OH^-）=

4.0×10 -38

4.0×10 -5

=10^-33；c（OH^-）=10^-11mol/L
c（H⁺）=

10 -14

10 -11

=10^-3mol/L，鐵離子沉淀的溶液PH=3；
故答案為：3；
（2）①加入飽和KOH溶液增大反應(yīng)物K⁺的濃度，使平衡右移，促進(jìn)K₂FeO₄晶體析出．
故答案為：增大K⁺濃度，促進(jìn)K₂FeO₄晶體析出．
②流程分析可知，濕法制備高鐵酸鉀時，需先制得高鐵酸鈉，然后再向高鐵酸鈉中加入飽和KOH溶液，即可析出高鐵酸鉀，說明高鐵酸鈉溶解度大于高鐵酸鉀溶解度，高鐵酸鉀的溶解度比高鐵酸鈉��；
故答案為：小；
（3）Fe₂O₃+3KNO₃+4KOH═2K₂FeO₄+3KNO₂+2H₂O，氮元素的化合價降低，鐵元素的化合價升高，則KNO₃為氧化劑，F(xiàn)e₂O₃為還原劑，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為3：1，故答案為：3：1；
（4）以高鐵酸鉀、二氧化硫和三氧化硫原料，以硫酸酸鉀為電解質(zhì)，用惰性電極設(shè)計成高溫下使用的電池，高鐵酸根離子得到電子生成鐵離子，用傳導(dǎo)離子硫酸根離子配平電極反應(yīng)，該電池正極電極反應(yīng)式：2FeO₄^2-+6e^-+8SO₃═Fe³⁺+8SO₄^2-；
故答案為：2FeO₄^2-+6e^-+8SO₃═Fe³⁺+8SO₄^2-．

點評：本題考查氧化還原反應(yīng)，離子方程式、原電池電極反應(yīng)的書寫，化學(xué)平衡的移動，明確利用元素的化合價變化來分析氧化劑、還原劑時解答的關(guān)鍵，題目難度中等．