13.高鐵酸鹽在能源、環(huán)保等方面有著廣泛的用途.
I.高鐵酸鉀( K2FeO4)不僅是一種理想的水處理劑,而且高鐵電池的研制也在進行中.如圖1是高鐵電池的模擬實驗裝置:

(1)該電池放電時正極的電極反應式為FeO42-+4H2O+3e-═Fe(OH)3↓+5OH- ;若維持電流強度為1A,電池工作十分鐘,理論消耗Zn0.2g(已知F=96500C/mol).
(2)鹽橋中盛有飽和KC1溶液,此鹽橋中氯離子向右移動(填“左”或“右”);若用陽離子交換膜代替鹽橋,則鉀離子向左移動(填“左”或“右”).
(3)圖2為高鐵電池和常用的高能堿性電池的放電曲線,由此可得出高鐵電池的優(yōu)點有使用時間長、工作電壓穩(wěn)定.
Ⅱ.工業(yè)上濕法制備K2FeO4的工藝流程如圖3.

(4)完成“氧化”過程中反應的化學方程式:
2FeCl3+10NaOH+3NaClO=2Na2FeO4+9NaCl+5H2O,
其中氧化劑是NaClO(填化學式).
(5)加入飽和KOH溶液的目的是減小高鐵酸鉀的溶解,促進高鐵酸鉀晶體析出.
(6)已知25℃時Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38,此溫度下若在實驗室中配制Smol/L l00mL FeCl3溶液,為使配制過程中不出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象,則至少需要加入2.5mL 2mol/L的鹽酸(忽略加入鹽酸體積).

分析 Ⅰ.(1)根據(jù)電池裝置,Zn做負極,C為正極,高鐵酸鉀的氧化性很強,正極上高鐵酸鉀發(fā)生還原反應生成Fe(OH)3;根據(jù)電子轉(zhuǎn)移計算Zn的質(zhì)量;
(2)鹽橋可起到平衡電荷,陰離子向負極移動,陽離子向正極移動;
(3)由圖可知高鐵電池的優(yōu)點有:使用時間長、工作電壓穩(wěn)定;
Ⅱ.氯化鐵溶液中加入次氯酸鈉和氫氧化鈉,發(fā)生反應為:2FeCl3+10NaOH+3NaClO=2Na2FeO4+9NaCl+5H2O,將Na2FeO4粗產(chǎn)品在40%KOH溶液中溶解,過濾除去雜質(zhì)NaCl,加入飽和KOH溶液后,將Na2FeO4轉(zhuǎn)化為溶解度更小的K2FeO4,反應方程式為Na2FeO4+2KOH=K2FeO4+2NaOH,冷卻結(jié)晶、過濾,高鐵酸鉀易溶于水,難溶于異丙醇,用異丙醇代替水洗滌產(chǎn)品可以減少高鐵酸鉀的損耗,同時洗去高鐵酸鉀晶體表面的KOH和其他雜質(zhì),得到純產(chǎn)品高鐵酸鉀.
(4)其中Fe元素化合價由+3價升高為+6價,共升高3價,Cl元素化合價由+1價降低為-1,價,共降低2價,化合價升降最小公倍數(shù)為6,則FeCl3的系數(shù)為2、NaClO的系數(shù)為3,再根據(jù)原子守恒配平;所含元素化合價降低的反應物是氧化劑;
(5)加入飽和KOH溶液可以增大K+的濃度,減小高鐵酸鉀的溶解,促進高鐵酸鉀晶體析出;
(6)根據(jù)Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)×c3(OH-)=4.0×10-38計算開始沉淀時c(OH-),再根據(jù)水的離子積計算溶液中c(H+),根據(jù)稀釋定律計算需要鹽酸的體積.

解答 解:Ⅰ.(1)根據(jù)電池裝置,Zn做負極,C為正極,高鐵酸鉀的氧化性很強,正極上高鐵酸鉀發(fā)生還原反應生成Fe(OH)3,正極電極反應式為:FeO42-+4H2O+3e-═Fe(OH)3↓+5OH-,若維持電流強度為1A,電池工作十分鐘,通過電子為$\frac{1A×600s}{96500C/mol}$,則理論消耗Zn為$\frac{1A×600s}{96500C/mol}$×$\frac{1}{2}$×65g/mol=0.2g,
故答案為:FeO42-+4H2O+3e-═Fe(OH)3↓+5OH-;0.2;
(2)鹽橋中陰離子移向負極移動,鹽橋起的作用是使兩個半電池連成一個通路,使兩溶液保持電中性,起到平衡電荷,構(gòu)成閉合回路,放電時鹽橋中氯離子向右移動,用某種高分子材料制成陽離子交換膜代替鹽橋,則鉀離子向左移動,
故答案為:右;左;
(3)由圖可知高鐵電池的優(yōu)點有:使用時間長、工作電壓穩(wěn)定,
故答案為:使用時間長、工作電壓穩(wěn)定;
Ⅱ.氯化鐵溶液中加入次氯酸鈉和氫氧化鈉,發(fā)生反應為:2FeCl3+10NaOH+3NaClO=2Na2FeO4+9NaCl+5H2O,將Na2FeO4粗產(chǎn)品在40%KOH溶液中溶解,過濾除去雜質(zhì)NaCl,加入飽和KOH溶液后,將Na2FeO4轉(zhuǎn)化為溶解度更小的K2FeO4,反應方程式為Na2FeO4+2KOH=K2FeO4+2NaOH,冷卻結(jié)晶、過濾,高鐵酸鉀易溶于水,難溶于異丙醇,用異丙醇代替水洗滌產(chǎn)品可以減少高鐵酸鉀的損耗,同時洗去高鐵酸鉀晶體表面的KOH和其他雜質(zhì),得到純產(chǎn)品高鐵酸鉀.
(4)其中Fe元素化合價由+3價升高為+6價,共升高3價,Cl元素化合價由+1價降低為-1,價,共降低2價,化合價升降最小公倍數(shù)為6,則FeCl3的系數(shù)為2、NaClO的系數(shù)為3,再根據(jù)原子守恒配平后反應方程式為:2FeCl3+10NaOH+3NaClO═2Na2FeO4+9NaCl+5H2O,NaClO是氧化劑,
故答案為:2、10、3、2、9、5;NaClO;
(5)加入飽和KOH溶液可以增大K+的濃度,減小高鐵酸鉀的溶解,促進高鐵酸鉀晶體析出,
故答案為:減小高鐵酸鉀的溶解,促進高鐵酸鉀晶體析出;
(6)溶液中c(Fe3+)=5mol/L,根據(jù)Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)×c3(OH-)=4.0×10-38,可知開始沉淀時c(OH-)=2×10-13mol/L,則溶液中c(H+)=$\frac{1{0}^{-14}}{2×1{0}^{-13}}$mol/L=0.05mol/L,根據(jù)稀釋定律,需要鹽酸的體積為$\frac{0.05mol/L×100ml}{2mol/L}$=2.5mL,
故答案為:2.5.

點評 本題考查原電池工作原理、物質(zhì)制備工藝流程,側(cè)重考查物質(zhì)制備方法的分析應用,掌握物質(zhì)性質(zhì)和平衡移動原理以及化學電池工作原理是解題關(guān)鍵,(1)中電極反應式書寫為難點,題目應該給出一定的信息,題目難度中等.

練習冊系列答案
相關(guān)習題

科目:高中化學 來源: 題型:解答題

3.粗鹽中的雜質(zhì)主要是可溶性的硫酸鹽Na2SO4、MgCl2和CaCl2,可供選擇的除雜試劑有:①Na2CO3溶液②BaCl2溶液③NaOH溶液④稀硝酸⑤稀鹽酸.要得到純凈的NaCl晶體(固體),向粗鹽溶液所加入試劑的先后順序為(填寫試劑序號):③②①⑤或②①③⑤或②③①⑤.將上述所得NaCl溶液置于蒸發(fā)皿(填儀器的名稱)中,加熱蒸發(fā)(填實驗操作名稱)即可得到NaCl晶體.

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科目:高中化學 來源: 題型:解答題

4.NaCN為劇毒無機物.某化學興趣小組查閱資料得知,實驗室里的氰化鈉溶液可使用硫代硫酸鈉溶液進行統(tǒng)一解毒銷毀,他們開展了以下三個實驗,根據(jù)要求回答問題:
實驗Ⅰ.硫代硫酸鈉晶體(Na2S2O3?5H2O)的制備
已知Na2S2O3•5H2O對熱不穩(wěn)定,超過48℃即開始丟失結(jié)晶水.現(xiàn)以亞硫酸鈉、硫化鈉和碳酸鈉等為原料、采用下述裝置制備硫代硫酸鈉,反應原理為:
①Na2CO3+SO2═Na2SO3+CO2
②Na2S+SO2+H2O═Na2SO3+H2S
③2H2S+SO2=3S↓+2H2O
④Na2SO3+S$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na2S2O3
(1)將硫化鈉和碳酸鈉按反應要求的比例一并放入三頸燒瓶中,注入150mL蒸餾水使其溶解,在蒸餾燒瓶中加入亞硫酸鈉固體,在分液漏斗中注入C(填以下選擇項的字母),并按下圖安裝好裝置,進行反應.
A.稀鹽酸      B.濃鹽酸     C.70%的硫酸     D.稀硝酸
從以上反應可知Na2S 與Na2CO3的最佳物質(zhì)的量比是2:1.
(2)pH小于7即會引起Na2S2O3溶液的變質(zhì)反應,會出現(xiàn)淡黃色混濁.反應約半小時,當溶液中pH接近或不小于7時,即可停止通氣和加熱.如果SO2通過量,發(fā)生的化學反應方程式為Na2S2O3+SO2+H2O=2NaHSO3+S↓.
(3)從上述生成物混合液中獲得較高產(chǎn)率Na2S2O3?5H2O的歩驟為

為減少產(chǎn)品的損失,操作①為趁熱過濾,其目的是趁熱是為了防止晶體在過濾的過程中在漏斗中析出導致產(chǎn)率降低;過濾是為了除去活性炭、硫等不溶性雜質(zhì);
操作②是蒸發(fā)濃縮,冷卻結(jié)晶;操作③是抽濾、洗滌、干燥.
Ⅱ.產(chǎn)品純度的檢測
(1)已知:Na2S2O3?5H2O的摩爾質(zhì)量為248g/mol;2Na2S2O3+I2═2NaI+Na2S4O6.取晶體樣品ag,加水溶解后,滴入幾滴淀粉溶液,用0.010mol/L碘水滴定到終點時,消耗碘水溶液vmL,則該樣品純度是$\frac{0.496v}{m}$%
(2)滴定過程中可能造成實驗結(jié)果偏低的是BD
A.錐形瓶未用Na2S2O3溶液潤洗
B.錐形瓶中溶液變藍后立刻停止滴定,進行讀數(shù)
C.滴定終點時仰視讀數(shù)
D.滴定管尖嘴內(nèi)滴定前無氣泡,滴定終點發(fā)現(xiàn)氣泡
Ⅲ.有毒廢水的處理
化學興趣小組的同學在配備防毒口罩,橡膠手套和連衣式膠布防毒衣等防護用具以及老師的指導下進行以下實驗:
向裝有2ml0.1mol/L 的NaCN溶液的試管中滴加2ml0.1mol/L 的Na2S2O3溶液,兩反應物恰好完全反應,但沒有明顯實驗現(xiàn)象,取反應后的溶液少許滴入盛有10ml0.1mol/L FeCl3溶液的小燒杯,溶液呈現(xiàn)血紅色,請寫出Na2S2O3解毒的離子反應方程式CN-+S2O32-=SCN-+SO32-

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科目:高中化學 來源: 題型:解答題

1.氯化銅、氯化亞銅是重要的化工原料,廣泛地用作有機合成催化劑.
Ⅰ.實驗室中以粗銅(含雜質(zhì)Fe)為原料制備銅的氯化物,現(xiàn)用如圖所示的實驗儀器及藥品來制備純凈、干燥的氯氣并與粗銅反應(鐵架臺、鐵夾、酒精燈等已省略).請回答:

(1)裝置A中儀器Z的名稱為圓底燒瓶.
(2)按氣流方向連接各儀器接口順序為
a→d、e→j、h→f、g→b
(3)簡述檢驗裝置A氣密性的操作:用彈簧夾夾住a處橡皮管并關(guān)閉分液漏斗的活塞,向分液漏斗中加入較多的水,然后打開分液漏斗的活塞,使水緩緩流下,若分液漏斗中的水不能完全漏下,說明裝置氣密性好(或在a管處接一導管,并將導管末端插入水中,同時關(guān)閉分液漏斗的活塞,用酒精燈給圓底燒瓶微熱,若導管末端有氣泡冒出,且停止加熱恢復室溫時,導管末端形成一段小水柱,說明裝置氣密性好).
(4)D中發(fā)生反應的化學方程式為Cu+Cl2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuCl2、2Fe+3Cl2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2FeCl3
(5)反應后,裝置B中溶液具有漂白、消毒作用,若用鋼鐵(含F(xiàn)e、C)制品盛裝該溶液會發(fā)生電化學腐蝕,鋼鐵制品表面生成紅褐色沉淀,溶液會失去漂白、殺菌消毒功效.該電化學腐蝕過程中正極反應式為ClO-+2e-+H2O═Cl-+2OH-,.
Ⅱ.將上述實驗制得的固體產(chǎn)物按如圖所示流程操作,請回答:

(1)用稀鹽酸溶解固體的原因為抑制Cu2+、Fe3+水解.
(2)已知CuCl難溶于水,由溶液2制CuCl的離子方程式為2Cu2++2Cl-+SO2+2H2O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuCl↓+4H++SO42-
(3)用下面的方法測定固體產(chǎn)物中CuCl2的質(zhì)量分數(shù):取2.00mL溶液2轉(zhuǎn)移到錐形瓶中,再加入過量的20%KI溶液,再滴入幾滴淀粉溶液.用0.200mol/L Na2S2O3標準溶液滴定.反應原理為2Cu2++4I-═2CuI↓+I2、I2+2S2O32-═S4O62-+2I-.重復滴定三次,平均消耗Na2S2O3標準溶液20.00mL,則固體產(chǎn)物中CuCl2的質(zhì)量分數(shù)為83.1%.

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科目:高中化學 來源: 題型:選擇題

8.下列說法不正確的是( 。
A.改變溫度和使用催化劑都能改變化學反應速率
B.利用丁達爾效應可以區(qū)別FeCl3溶液和Fe(OH)3膠體
C.根據(jù)△G=△H-T△S推測:△H<0的化學反應都可以自發(fā)進行
D.將AlCl3溶液蒸干并灼燒,所得固體為Al2O3

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科目:高中化學 來源: 題型:實驗題

18.鐵的發(fā)現(xiàn)和大規(guī)模使用,是人類發(fā)展史上的一個光輝里程碑,它把人類從石器時代、青銅器時代帶到了鐵器時代,推動了人類文明的發(fā)展.
(1)高鐵酸鈉(Na2FeO4)是水處理過程中的一種新型凈水劑,它的氧化性比高錳酸鉀更強,本身在反應中被還原成三價鐵離子達到凈水的目的.按要求回答下列問題:
高鐵酸鈉主要通過如下反應制取:2Fe(OH)3+3NaClO+4NaOH=2Na2FeO4+3X+5H2O,則X的化學式為NaCl,反應中被氧化的物質(zhì)是Fe(OH)3(寫化學式).
(2)鐵紅顏料跟某些油料混合,可以制成防銹油漆.以黃鐵礦為原料制硫酸產(chǎn)生的硫酸渣中含F(xiàn)e2O3、SiO2、Al2O3、MgO等,用硫酸渣制備鐵紅(Fe2O3)的過程如下:

①酸溶過程中Fe2O3與稀硫酸反應的化學方程式為Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO43+3H2O;
“濾渣A”主要成份的化學式為SiO2
②還原過程中加入FeS2的目的是將溶液中的Fe3+還原為Fe2+,而本身被氧化為H2SO4,請完成該反應的離子方程式:1FeS2+14Fe3++8H2O=15Fe2++2SO42-+16 H+
③氧化過程中,O2、NaOH與Fe2+反應的離子方程式為4Fe2++O2+2H2O+8OH-=4Fe(OH)3↓或Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓、4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3
④為了確保鐵紅的質(zhì)量和純度,氧化過程需要調(diào)節(jié)溶液的pH的范圍是3.2-3.8,
沉淀物Fe(OH)3Al(OH)3Fe(OH)2Mg(OH)2
開始沉淀pH2.73.87.69.4
完全沉淀pH3.25.29.712.4
如果pH過大,可能引起的后果是Al3+、Mg2+形成沉淀,使制得的鐵紅不純(幾種離子沉淀的pH見上表);濾液B可以回收的物質(zhì)有(寫化學式)Na2SO4、Al2(SO43、MgSO4

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科目:高中化學 來源: 題型:選擇題

5.2004年諾貝爾化學獎授予美國和以色列的三位科學家,以表彰他們在蛋白質(zhì)降解的研究中取得的成果.下列關(guān)于蛋白質(zhì)的說法中不正確的是( 。
A.蛋白質(zhì)屬于天然有機高分子化合物,沒有蛋白質(zhì)就沒有生命
B.HCHO溶液或(NH42SO4溶液均能使蛋白質(zhì)變性
C.某些蛋白質(zhì)跟濃硝酸作用會變黃
D.可以采用多次鹽析或多次滲析的方法分離、提純蛋白質(zhì)

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科目:高中化學 來源: 題型:選擇題

2.下列實驗操作中錯誤的是( 。
A.蒸發(fā)操作時,應使混合物中的水分完全蒸干后,才能停止加熱
B.蒸餾操作時,應使溫度計水銀球靠近蒸餾燒瓶的支管口處
C.分液操作時,分液漏斗中下層液體從下口放出,上層液體從上口倒出
D.用干燥潔凈的玻璃棒蘸取待測溶液,滴在pH試紙上,再跟標準比色卡比較得到該溶液的pH值

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科目:高中化學 來源: 題型:選擇題

3.下列反應中,氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1:1的是( 。
A.3NO2+H2O═2HNO3+NOB.4FeS2+11O2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe2O3+8SO2
C.3Cl2+8NH3═N2+6NH4ClD.2Na+2NH3(液)═2NaNH2+H2

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