Question

8．化學(xué)在物質(zhì)制備和環(huán)保領(lǐng)域有著重要的運(yùn)用．
Ⅰ高鐵酸鹽在能源、環(huán)保等方面有著廣泛的用途．濕法、干法制備高鐵酸鹽的原理如下表所示．

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
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

（1）工業(yè)上用濕法制備高鐵酸鉀（K₂FeO₄）的流程如圖1所示：
①反應(yīng)I的化學(xué)方程式為2NaOH+Cl₂═NaCl+NaClO+H₂O．
②反應(yīng)II的離子方程式為3ClO^-+10OH^-+2Fe³⁺=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．
③已知25℃時(shí)Fe（OH）₃的K_sp=4.0×10^-38，反應(yīng)II后溶液中c（Fe³⁺）=4×10^-5mol•L^-1，則Fe³⁺完全沉淀時(shí)的pH=3．
（2）高鐵酸鉀是一種理想的水處理劑，其處理水的原理為高鐵酸鉀有強(qiáng)氧化性，能殺菌消毒，在水中被還原生成Fe（OH）₃膠體、有吸附性起凈水作用．
（3）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．
（4）高鐵電池是正在研制中的可充電干電池，圖2為該電池和常用的高能堿性電池的放電曲線，由此可得出的高鐵電池的優(yōu)點(diǎn)有放電時(shí)間長(zhǎng)、工作電壓穩(wěn)定．

Answer 1

分析 本題是利用濕法、干法制備高鐵酸鹽的原理的探究，涉及反應(yīng)原理、氧化還原反應(yīng)分析、利用溶度積的計(jì)算等，其中制備高鐵酸鹽是利用NaClO在堿性條件下的強(qiáng)氧化性將Fe³⁺氧化成FeO₄^2-，NaClO可通過(guò)氯氣溶于NaOH溶液得到，制得的高鐵酸鹽有強(qiáng)氧化性可做水的消毒劑，且其還原產(chǎn)物水解后得到的膠體能吸附懸浮物，可凈化水，根據(jù)氧化還原的反應(yīng)可得到制備K₂FeO₄的反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為；
（1）①反應(yīng)Ⅰ根據(jù)氯氣的化學(xué)性質(zhì)，可寫(xiě)出與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式；
②反應(yīng)Ⅱ：根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)物可知，F(xiàn)e³⁺要被溶液里的ClO^-在堿性條件下氧化成高鐵酸鹽，可結(jié)合氧化還原反應(yīng)的理論寫(xiě)出此反應(yīng)的離子方程式；
③25℃時(shí)Fe（OH）₃的K_sp=c（Fe³⁺）×c（OH^-）³，將c（Fe³⁺）=4×10^-5mol•L^-1代入可計(jì)算出c（OH^-），可得溶液的pH；
（2）高鐵酸鉀具有很強(qiáng)的氧化性，能殺菌消毒，在水中生成的Fe（OH）₃膠體，有吸附性；
（3）根據(jù)化合價(jià)的升降來(lái)判斷，化合價(jià)升高的為還原劑，化合價(jià)降低的為氧化劑，并根據(jù)化學(xué)計(jì)量數(shù)來(lái)分析氧化劑和還原劑的比例；
（4）由圖可知高鐵電池比高能堿性電池放電時(shí)間長(zhǎng)，工作電壓穩(wěn)定；

解答 解：（1）①反應(yīng)Ⅰ為氯氣溶解于氫氧化鈉溶液，發(fā)生歧化反應(yīng)，化學(xué)方程式為2NaOH+Cl₂═NaCl+NaClO+H₂O，故答案為：2NaOH+Cl₂═NaCl+NaClO+H₂O；
②反應(yīng)Ⅱ?yàn)檠趸�還原反應(yīng)，+3價(jià)鐵被氧化成+6價(jià)鐵，+1價(jià)的氯被氧化為-1價(jià)，反應(yīng)的環(huán)境為堿性，化學(xué)方程式為3ClO^-+10OH^-+2Fe³⁺=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，故答案為：3ClO^-+10OH^-+2Fe³⁺=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
③已知K_sp=c（Fe³⁺）×c（OH^-）³=4.0×10^-38，溶液中c（Fe³⁺）=4×10^-5mol•L^-1時(shí)，c（OH^-）=$\root{3}{\frac{4.0×1{0}^{-38}}{4×1{0}^{-5}}}=1{0}^{-11}mol/L$，此時(shí)溶液中的c（H+）=$\frac{1×1{0}^{-14}}{1{0}^{-11}}$mol/L=10^-3mol/L，溶液的pH=3，故答案為：3；
（2）高鐵酸鉀具有很強(qiáng)的氧化性，能殺菌消毒，在水中被還原得到Fe³⁺，水解生成Fe（OH）₃膠體，有吸附性，故答案為：高鐵酸鉀有強(qiáng)氧化性，能殺菌消毒，在水中被還原生成Fe（OH）₃膠體、有吸附性起凈水作用；
（3）干法制備K2FeO4的反應(yīng)的方程式為：Fe₂O₃+3KNO₃+4KOH=2K₂FeO₄+3KNO₂+2H₂O，N元素化合價(jià)降低，是氧化劑，鐵的化合價(jià)降低，是還原劑，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為3﹕1，故答案為：3﹕1；
（4）由圖可知高鐵電池比高能堿性電池放電時(shí)間長(zhǎng)，工作電壓穩(wěn)定，故答案為：放電時(shí)間長(zhǎng)、工作電壓穩(wěn)定．

點(diǎn)評(píng) 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)是高考不變的一個(gè)題型，每年高考必考，是熱點(diǎn)題型、也是高考難點(diǎn)之一．本題主要考查了氧化還原反應(yīng)和離子反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)、化學(xué)平衡的移動(dòng)、膠體的凈水原理．重點(diǎn)是利用化合價(jià)的升價(jià)和化學(xué)計(jì)量數(shù)判斷氧化劑和還原劑的比例和有關(guān)溶度積的計(jì)算．