Question

高鐵酸鉀（K₂FeO₄）具有極高的氧化性，且其還原產(chǎn)物為鐵銹，對(duì)環(huán)境無不良影響．因該物質(zhì)具有“綠色”、選擇性高、活性強(qiáng)等特點(diǎn)受到人們關(guān)注．
I、高鐵酸鉀制備方法之一為：①在一定溫度下，將氯氣通入KOH溶液中制得次氯酸鉀溶液；②在劇烈攪拌條件下，將Fe（NO₃）₃分批加入次氯酸鉀溶液中，控制反應(yīng)溫度，以免次氯酸鉀分解；③加 KOH至飽和，使K₂FeO₄ 充分析出，再經(jīng)純化得產(chǎn)品，其純度在95%以上．
（1）氯堿工業(yè)中制備氯氣的化學(xué)方程式是

 

；
（2）溫度過高會(huì)導(dǎo)致次氯酸鉀分解生成兩種化合物，產(chǎn)物之一是氯酸鉀（KClO₃），另一種產(chǎn)物應(yīng)該是

 

（寫化學(xué)式）
（3）制備過程有一步反應(yīng)如下，請(qǐng)配平此方程式（將計(jì)量數(shù)填入方框中）：

 

Fe（OH）₃+

 

ClO^-+

 

OH^-═

 

Fe

O

2- 4

+

 

Cl^-+

 

H₂O
Ⅱ、為探究高鐵酸鉀的某種性質(zhì)，進(jìn)行如下兩個(gè)實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)1：將適量K₂FeO₄分別溶解于pH 為 4.74、7.00、11.50 的水溶液中，配得FeO₄^2-濃度為 1.0mmol?L^-1（1mmol?L^-1=10^-3mol?L^-1）的試樣，靜置，考察不同初始 pH 的水溶液對(duì)K₂FeO₄某種性質(zhì)的影響，結(jié)果見圖1（注：800min后，三種溶液中高鐵酸鉀的濃度不再改變）．
實(shí)驗(yàn)2：將適量 K₂FeO₄ 溶解于pH=4.74 的水溶液中，配制成FeO₄^2-濃度為 1.0mmol?L^-1 的試樣，將試樣分別置于 20℃、30℃、40℃和 60℃的恒溫水浴中，考察不同溫度對(duì)K₂FeO₄某種性質(zhì)的影響，結(jié)果見圖2．
（4）實(shí)驗(yàn)1的目的是

 

；
（5）實(shí)驗(yàn)2可得出的結(jié)論是

 

；
（6）高鐵酸鉀在水中的反應(yīng)為4FeO₄^2-+10H₂O?4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂↑．
由圖1可知，800min時(shí)，pH=11.50的溶液中高鐵酸鉀最終濃度比pH=4.74的溶液中高，主要原因是

 

；
Ⅲ、高鐵酸鉀還是高能電池的電極材料．例如，Al-K₂FeO₄電池就是一種高能電池（以氫氧化鉀溶液為電解質(zhì)溶液），該電池放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)式是

 

．

Answer 1

分析：I、（1）氯堿工業(yè)是利用電解飽和食鹽水制取氯氣；
（2）根據(jù)次氯酸鉀分解時(shí)氯元素的化合價(jià)的變化分析；
（3）利用質(zhì)量守恒定律和電子守恒來配平反應(yīng)的化學(xué)方程式；
II、（4）由圖1可知該實(shí)驗(yàn)探究不同PH時(shí)，高鐵酸鉀的穩(wěn)定性；
（5）由圖2可知溫度越高，高鐵酸鉀的濃度越��；
（6）根據(jù)高鐵酸鉀在水中存在的平衡移動(dòng)分析；
III、Al-K₂FeO₄電池中Al做負(fù)極失去電子，堿性條件下生成AlO₂^-．

解答：解：I、（1）氯堿工業(yè)是利用電解飽和食鹽水制取氯氣，同時(shí)生成氫氣和氫氧化鈉，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2NaCl+2H₂O

電解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，
故答案為：2NaCl+2H₂O

電解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑；
（2）次氯酸鉀中Cl的化合價(jià)為+1價(jià)，分解時(shí)生成氯酸鉀（KClO₃）中氯元素的化合價(jià)為+5價(jià)，則另一種產(chǎn)物的化合價(jià)應(yīng)該比次氯酸鉀中Cl的化合價(jià)低，所以另一產(chǎn)物的化合價(jià)為-1價(jià)，不能為0價(jià)，0價(jià)為Cl₂；即另一種產(chǎn)物為NaCl，
故答案為：NaCl；
（3）Fe（OH）₃+ClO^-+OH^-→FeO₄^2-+Cl^-+H₂O，反應(yīng)中Fe（OH）₃→FeO₄^2-，F(xiàn)e元素從+3價(jià)升高到+6價(jià)，轉(zhuǎn)移3個(gè)電子，ClO^-→Cl^-，Cl元素從+1價(jià)降低到-1價(jià)，得到2個(gè)電子，根據(jù)得失電子守恒，F(xiàn)e（OH）₃的計(jì)量數(shù)為2，ClO^-的計(jì)量數(shù)為3，再根據(jù)原子守恒配平方程式為：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，
故答案為：2；3；4；2；3；5；
II、（4）由圖1可知PH越大，高鐵酸鉀濃度越大，說明其穩(wěn)定性越強(qiáng)，所以該實(shí)驗(yàn)是探究不同PH時(shí)，高鐵酸鉀的穩(wěn)定性，
故答案為：探究高鐵酸鉀在不同pH溶液中的穩(wěn)定性；
（5）由圖2可知溫度越高，高鐵酸鉀的濃度越小，說明其穩(wěn)定性越差，
故答案為：溫度越高，高鐵酸鉀越不穩(wěn)定；
（6）高鐵酸鉀在水中的反應(yīng)為4FeO₄^2-+10H₂O?4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂↑，當(dāng)溶液中氫氧根離子的濃度增大，該平衡逆向移動(dòng)，高鐵酸鉀的濃度增大，所以pH=11.50的溶液中高鐵酸鉀最終濃度比pH=4.74的溶液中高，
故答案為：pH=11.50溶液中OH^-離子濃度大，使上述平衡向左移動(dòng)；
III、已知Al-K₂FeO₄電池就是一種高能電池，以氫氧化鉀溶液為電解質(zhì)溶液，該電池中Al做負(fù)極失去電子，堿性條件下生成AlO₂^-，所以其負(fù)極電極反應(yīng)式為：Al-3e^-+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案為：Al-3e^-+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了氯堿工業(yè)的原理、氧化還原反應(yīng)產(chǎn)物的判斷、方程式的配平、探究實(shí)驗(yàn)、平衡移動(dòng)原理的應(yīng)用、電極方程的書寫等，考查的知識(shí)點(diǎn)較多，題目綜合性強(qiáng)，難度大．