Question

9．高鐵酸鉀（K₂FeO₄）是一種高效多功能水處理劑，具有極強(qiáng)的氧化性．
（1）已知：4FeO₄^2-+10H₂O?4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂↑．K₂FeO₄在處理水的過(guò)程中所起的作用有K₂FeO₄具有強(qiáng)氧化性，能夠消毒殺菌；同時(shí)FeO₄^2-被還原成Fe³⁺，F(xiàn)e³⁺水解形成Fe（OH）₃膠體，能夠吸附水中懸浮雜質(zhì)．同濃度的高鐵酸鉀在pH為4.74、7.00、11.50的水溶液中最穩(wěn)定的是pH=11.50的溶液．
（2）高鐵酸鉀有以下幾種常見(jiàn)制備方法：

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
濕法	強(qiáng)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
電解法	制備中間產(chǎn)物NaFeO，再與KOH溶液反應(yīng)

①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3：1．
②濕法制備中，若Fe（NO₃）₃加入過(guò)量，在堿性介質(zhì)中K₂FeO₄與Fe³⁺發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成K₃FeO₄，此反應(yīng)的離子方程式：2FeO₄^2-+Fe³⁺+8OH^-=3FeO₄^3-+4H₂O．
③制備中間產(chǎn)物Na₂FeO₄，可采用的裝置如圖所示，則陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O．
（3）比亞迪雙模電動(dòng)汽車使用高鐵電池供電，其總反應(yīng)為：
3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O$?_{充電}^{放電}$3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH
放電時(shí)負(fù)極材料為Zn，正極反應(yīng)為：FeO₄^2-+4H₂O+3e^-═Fe（OH）₃+5OH^-．
（4）25℃時(shí)，CaFeO₄的Ksp=4.54×l0^-9，若要使1000L，含有2.0×l0^-4 mol•L^-lK₂FeO₄的廢水中的c（FeO₄^2-）有沉淀產(chǎn)生，理論上至少加入Ca（OH）₂的物質(zhì)的量為2.27×10^-2mol．

Answer 1

分析 （1）高鐵酸鉀（K₂FeO₄）具有極強(qiáng)的氧化性，是一種優(yōu)良的水處理劑，起到殺菌消毒作用，形成膠體具有吸附懸浮雜質(zhì)的作用；依高鐵酸根離子水解平衡移動(dòng)的影響因素解答；
（2）①Fe₂O₃、KNO₃、KOH混合加熱發(fā)生氧化還原反應(yīng)，F(xiàn)e元素化合價(jià)升高，化合價(jià)由+3價(jià)升高到+6價(jià)，被氧化，N元素化合價(jià)由+5價(jià)降低到+3價(jià)，依據(jù)氧化還原反應(yīng)得失電子守恒規(guī)律計(jì)算；
②由信息可知，堿性介質(zhì)中K₂FeO₄與Fe³⁺發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成K₃FeO₄，根據(jù)元素守恒還應(yīng)生成H₂O，反應(yīng)中FeO₄^2-→FeO₄^3-，鐵元素化合價(jià)由+6價(jià)降低為+5價(jià)，總共降低1價(jià)，F(xiàn)e³⁺→FeO₄^3-，鐵元素化合價(jià)由+3價(jià)升高為+5價(jià)，總共升高2價(jià)，化合價(jià)升降最小公倍數(shù)為2，所以FeO₄^2-系數(shù)為2，F(xiàn)e³⁺系數(shù)為1，根據(jù)鐵元素守恒確定FeO₄^3-系數(shù)，根據(jù)電荷守恒確定OH^-系數(shù)，根據(jù)氫元素守恒確定H₂O系數(shù)，檢查氧元素守恒，據(jù)此寫出氧化還原反應(yīng)方程式；
③電解時(shí)陽(yáng)極Fe失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，被氧化生成高鐵酸根離子；
（3）放電時(shí)，為原電池，依據(jù)3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O $?_{充電}^{放電}$3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH，鋅化合價(jià)升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，做負(fù)極，高鐵酸根離子在正極得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氧化鐵；
（4）依據(jù)溶度積規(guī)則，當(dāng)Qc=Ksp達(dá)到沉淀溶解平衡，要產(chǎn)生沉淀則Qc＞Ksp，據(jù)此解答．

解答 解：（1）K₂FeO₄具有強(qiáng)氧化性，能夠消毒殺菌；同時(shí)FeO₄^2- 被還原成Fe³⁺，F(xiàn)e³⁺水解形成Fe（OH）₃膠體，能夠吸附水中懸浮雜質(zhì)；4FeO₄^2-+10H₂O?4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂↑，增大溶液中的氫氧根離子濃度，能夠使平衡逆向移動(dòng)，抑制高鐵酸根離子的水解，所以同濃度的高鐵酸鉀在pH為11.50的水溶液中最穩(wěn)定；
故答案為：K₂FeO₄具有強(qiáng)氧化性，能夠消毒殺菌；同時(shí)FeO₄^2- 被還原成Fe³⁺，F(xiàn)e³⁺水解形成Fe（OH）₃膠體，能夠吸附水中懸浮雜質(zhì)；11.50；
（2）①Fe元素化合價(jià)升高，化合價(jià)由+3價(jià)升高到+6價(jià)，被氧化，F(xiàn)e₂O₃做還原劑；N元素化合價(jià)由+5價(jià)降低到+3價(jià)，
KNO₃做氧化劑，設(shè)氧化劑物質(zhì)的量為xmol，還原劑物質(zhì)的量為ymol，要使氧化劑得到電子總數(shù)等于還原劑失去電子總數(shù)，x×（5-3）=y×2×（6-3），解得x：y=3：1；
故答案為：3：1；
②由信息可知，堿性介質(zhì)中K₂FeO₄與Fe³⁺發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成K₃FeO₄，根據(jù)元素守恒還應(yīng)生成H₂O，反應(yīng)中FeO₄^2-→FeO₄^3-，鐵元素化合價(jià)由+6價(jià)降低為+5價(jià)，總共降低1價(jià)，F(xiàn)e³⁺→FeO₄^3-，鐵元素化合價(jià)由+3價(jià)升高為+5價(jià)，總共升高2價(jià)，化合價(jià)升降最小公倍數(shù)為2，所以FeO₄^2-系數(shù)為2，F(xiàn)e³⁺系數(shù)為1，根據(jù)鐵元素守恒確定FeO₄^3-系數(shù)為3，根據(jù)電荷守恒確定OH^-系數(shù)8，根據(jù)氫元素守恒確定H₂O系數(shù)為4，反應(yīng)離子方程式為2FeO₄^2-+Fe³⁺+8OH^-=3FeO₄^3-+4H₂O；
故答案為：2FeO₄^2-+Fe³⁺+8OH^-=3FeO₄^3-+4H₂O；
③電解時(shí)陽(yáng)極Fe失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)方程式為Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O；
故答案為：Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O；
（3）放電時(shí)，為原電池，依據(jù)3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O $?_{充電}^{放電}$3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH，鋅化合價(jià)升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，做負(fù)極，高鐵酸根離子在正極得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氧化鐵，電極反應(yīng)式為：FeO₄^2-+4H₂O+3e^-═Fe（OH）₃+5OH^-；
故答案為：Zn；FeO₄^2-+4H₂O+3e^-═Fe（OH）₃+5OH^-；
（4）解：設(shè)加入Ca（OH）₂的物質(zhì)的量為xmol，則溶液中鈣離子濃度為x×10^-3mol/L，含有2.0×l0^-4 mol•L^-lK₂FeO₄的廢水中的c（FeO₄^2-）=2.0×l0^-4 mol•L^-l，
Qc=x×10^-3mol/L×2.0×l0^-4 mol•L^-l=Ksp=4.54×l0^-9；
解得：x=2.27×10^-2；
故答案為：2.27×10^-2．

點(diǎn)評(píng) 本題為綜合題，考查了氧化還原反應(yīng)方程式的書(shū)寫及配平、電極反應(yīng)式的書(shū)寫、溶度積規(guī)則的應(yīng)用，題目難度較大，明確物質(zhì)的性質(zhì)及題給信息、熟悉化合物中各元素化合價(jià)、沉淀溶解平衡規(guī)律是解本題關(guān)鍵，氧化還原方程式的書(shū)寫是難點(diǎn)．