Question

17．高鐵酸鉀（K₂FeO₄）是具有紫色光澤的粉末、它是一種集氧化、吸附、凝集、殺菌、除藻及新高型高效多功能于一體的水處理劑．其生產(chǎn)工藝如圖1所示

已知：干燥的高鐵酸鉀在198℃是穩(wěn)定的，受強(qiáng)熱易分解變質(zhì)
根據(jù)以上信息，請(qǐng)同答下列問(wèn)題：
（1）高鐵酸鉀中鐵元素化合價(jià)為+6；為防止高鐵酸鉀變質(zhì)，應(yīng)在低溫、干燥 環(huán)境中保存
（2）反應(yīng)a應(yīng)在溫度較低的情況下進(jìn)行，因溫度較高時(shí)，KOH與Cl₂反應(yīng)生成KClO₃，寫(xiě)出在溫度較高時(shí)KOH溶液與Cl₂發(fā)生反應(yīng)的離子方程式2OH^-+Cl₂=Cl^-+ClO^-+H₂O．當(dāng)反應(yīng)中有2mol電子轉(zhuǎn)移時(shí)，消耗的Cl₂在標(biāo)況下體積44.8L
（3）在溶液I中加入KOH固體的目的是A（填編號(hào)）．
A．與溶液I中過(guò)量的Cl₂繼續(xù)反應(yīng)，生成更多的KClO
B．KOH固體溶解時(shí)會(huì)放出較多的熱量，有利于提高反應(yīng)速率
C．為下一步反應(yīng)提供堿性的環(huán)境
D．使KClO₃轉(zhuǎn)化為KClO
如何判定晶體已洗滌干凈？取最后一次洗滌液，滴加硝酸酸化的硝酸銀溶液，無(wú)白色沉淀生成
（4）高鐵酸鉀（K₂FeO₄）作為水處理劑的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能與水反應(yīng)生成膠體吸附雜質(zhì)，配平該反應(yīng)的離子方程
式：4 FeO₄^2-+10 H₂O=4 Fe（OH）₃（膠體）+3O₂↑+8OH^-．
（5）從環(huán)境保護(hù)的角度看，制備K₂FeO₄較好的方法為電解法，其裝置如圖2所示．電解過(guò)程中陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O．
（6）高鐵電池是一種新型二次電池，電解液為堿溶液，其反應(yīng)式為：3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH?3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O，放電時(shí)電池的負(fù)極反應(yīng)式為Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂．

Answer 1

分析 足量Cl₂通入和KOH溶液中，溫度低時(shí)發(fā)生反應(yīng)Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O，向溶液I中加入KOH，使氯氣完全反應(yīng)，且將溶液轉(zhuǎn)化為堿性溶液，只有堿性條件下次氯酸根離子才能和鐵離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成高鐵酸根離子，除去KCl得到堿性的KClO濃溶液，向堿性的KClO濃溶液中加入90%的Fe（NO₃）₃溶液，發(fā)生反應(yīng)2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，得到溶液II，純化得到濕產(chǎn)品，將濕產(chǎn)品洗滌、干燥得到晶體K₂FeO₄；
（1）高鐵酸鉀中K為+1價(jià)，氧元素為-2價(jià)，可結(jié)合正負(fù)化合價(jià)代數(shù)和為0，來(lái)判斷鐵元素的化合價(jià)，干燥的高鐵酸鉀在198℃是穩(wěn)定的，受強(qiáng)熱易分解變質(zhì)，可結(jié)合此性質(zhì)確定保存環(huán)境；
（2）低溫下氯氣與KOH溶液反應(yīng)生成KCl和KClO及水，據(jù)此可寫(xiě)出此反應(yīng)的化學(xué)方程式，再改寫(xiě)成離子方程式，此反應(yīng)中氯氣發(fā)生歧化反應(yīng)，每消耗一個(gè)氯分子轉(zhuǎn)移1個(gè)電子；
（3）由工藝流程可知，反應(yīng)液I中有過(guò)量的Cl₂反應(yīng)，生成更多的KClO；晶體表面附著的溶液里有KCl，只要檢驗(yàn)一下洗滌液里有無(wú)Cl-，就可以了；
（4）此反應(yīng)中鐵元素的化合價(jià)從+6降為+3價(jià)，氧元素有-2價(jià)升高為0價(jià)，可結(jié)合電子守恒、電荷守恒和原子守恒來(lái)配平離子方程式；
（5）電解池中陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，并結(jié)合產(chǎn)物是高鐵酸鉀和氧化還原反應(yīng)理論寫(xiě)出陽(yáng)極電極反應(yīng)式；
（6）放電時(shí)總反應(yīng)式為3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O=3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH，鋅被氧化為，是原電池的負(fù)極，據(jù)此可寫(xiě)出負(fù)極電極反應(yīng)式．

解答 解：（1）根據(jù)正負(fù)化合價(jià)代數(shù)和為0，并結(jié)合鉀和氧元素的化合價(jià)，可計(jì)算出鐵的化合價(jià)為[-（-2）×4+（+1）×2]=+6價(jià)，因高鐵酸鉀在高溫下易分解，因此選擇干燥低溫環(huán)境保護(hù)，故答案為：+6；低溫、干燥；
（2）氯氣與KOH在低溫下反應(yīng)的化學(xué)方程式為2KOH+Cl₂=KCl+KClO+H₂O，相應(yīng)的離子反應(yīng)方程式為2OH^-+Cl₂=Cl^-+ClO^-+H₂O，當(dāng)反應(yīng)中有2mol電子轉(zhuǎn)移時(shí)，消耗的Cl₂的物質(zhì)的量為2mol，在標(biāo)況下體積為2mol×22.4L/mol=44.8L，故答案為：2OH^-+Cl₂=Cl^-+ClO^-+H₂O；44.8L；
（3）由工藝流程可知，反應(yīng)液I中有過(guò)量的Cl₂反應(yīng)，加KOH固體的目的是與過(guò)量的Cl₂繼續(xù)反應(yīng)生成KClO，檢驗(yàn)晶體洗滌干凈的方法是取最后一次洗滌液，滴加硝酸酸化的硝酸銀溶液，無(wú)白色沉淀生成，即可證明洗滌干凈，
故答案為：A；取最后一次洗滌液，滴加硝酸酸化的硝酸銀溶液，無(wú)白色沉淀生成；
（4）反應(yīng)中鐵除3價(jià)，每生成一個(gè)氧氣升高4價(jià)，最小公倍數(shù)為12，故高鐵酸根離子前系數(shù)為4，氧氣前系數(shù)為3，為滿足電荷守恒，OH^-前的系數(shù)為8，再借助原子守恒進(jìn)行配平即得到離子反應(yīng)式4FeO₄^2-+10H₂O=4Fe（OH）₃（膠體）+3O₂↑+8OH^-，
故答案為：4、10、4、3、8；
（5）電解池的陽(yáng)極反應(yīng)氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O，故答案為：Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；
（6）從放電時(shí)總反應(yīng)式可知負(fù)極電極反應(yīng)式為Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂，故答案為：Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及氧化還原反應(yīng)、離子方程式的書(shū)寫(xiě)、電化學(xué)理論、化學(xué)平衡移動(dòng)等問(wèn)題，題目難度中等，本題注意從質(zhì)量守恒的角度分析．