Question

【題目】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( K2Fe04)不僅是一種理想的水處理劑，而且高鐵電池的研制也在進(jìn)行中。如圖1是高鐵電池的模擬實(shí)驗(yàn)裝置：

（1）該電池放電時(shí)正極的電極反應(yīng)式為 ；若維持電流強(qiáng)度為1A，電池工作10 min ，理論消耗Zn g（已知F=96500 C／mol）。

（2）鹽橋中盛有飽和KC1溶液，此鹽橋中氯離子向 移動（填“左”或“右”）；若用陽離子交換膜代替鹽橋，則鉀離子向 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(diǎn)有 。

Ⅱ．工業(yè)上濕法制備K2Fe04的工藝流程如圖3。

（4）完成“氧化”過程中反應(yīng)的化學(xué)方程式：

其中氧化劑是 （填化學(xué)式）。

（5）加入飽和KOH溶液的目的是

（6）已知25℃時(shí)Ksp[Fe(OH)3]=4.0×，此溫度下若在實(shí)驗(yàn)室中配制5mol/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 mL 2 mol/L的鹽酸（忽略加入鹽酸體積）。

Answer 1

【答案】（1）FeO42﹣+4H2O+3e﹣=Fe(OH)3↓+5OH﹣；0.2

（2）右；左

（3）使用時(shí)間長、工作電壓穩(wěn)定

（4）2FeCl3+10NaOH+3NaClO═2Na2FeO4+9NaCl+5H2O；NaClO

（5）增大K＋濃度，促進(jìn)高鐵酸鉀晶體析出。

（6）2.5

【解析】

試題分析：Ⅰ．（1）根據(jù)電池裝置，Zn做負(fù)極，C為正極，高鐵酸鉀的氧化性很強(qiáng)，正極上高鐵酸鉀發(fā)生還原反應(yīng)生成Fe(OH)3，正極電極反應(yīng)式為：FeO42-+4H2O+3e-═Fe(OH)3↓+5OH-，若維持電流強(qiáng)度為1A，電池工作十分鐘，通過電子為，則理論消耗Zn為××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(fù)極移動，鹽橋起的作用是使兩個(gè)半電池連成一個(gè)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(shí)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(diǎn)有：使用時(shí)間長、工作電壓穩(wěn)定。

故答案為：使用時(shí)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(yīng)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(yīng)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(shí)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(jià)由+3價(jià)升高為+6價(jià)，共升高3價(jià)，Cl元素化合價(jià)由+1價(jià)降低為-1，價(jià)，共降低2價(jià)，化合價(jià)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(yīng)方程式為：2FeCl3+10NaOH+3NaClO═2Na2FeO4+9NaCl+5H2O，NaClO所含元素化合價(jià)降低是氧化劑。

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(jìn)高鐵酸鉀晶體析出。

故答案為：增大K＋濃度，促進(jìn)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(shí)c(OH-)=2×10-13mol/L，則溶液中c(H+)= mol/L=0.05mol/L，根據(jù)稀釋定律，需要鹽酸的體積為=2.5mL。

故答案為：2.5。