Question

高鐵酸鉀（K₂FeO₄）具有極高的氧化性，對環(huán)境無不良影響，被人們稱為“綠色化學(xué)”試劑．某�；瘜W(xué)興趣小組對高鐵酸鉀進(jìn)行了如下探究．
I、高鐵酸鉀制備：
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．
（1）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），此反應(yīng)化學(xué)方程式是______．
（2）制備過程的主反應(yīng)為（a、b、c、d、e、f為化學(xué)計(jì)量系數(shù)）：aFe （OH） ₃+b ClO^-+cOH^-=d FeO₄^2-+e Cl^-+f H₂O，則a：f=______．
II、探究高鐵酸鉀的某種性質(zhì)：
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K₂FeO₄某種性質(zhì)的影響，結(jié)果見圖2．
（3）實(shí)驗(yàn)1的目的是______；
（4）實(shí)驗(yàn)2可得出的結(jié)論是______；
（5）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、用高鐵酸鉀作高能電池的電極材料：
Al-K₂FeO₄電池是一種高能電池（以氫氧化鉀為電解質(zhì)溶液），該電池放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)式是：______．

Answer 1

解：I、（（1）由題意可得KClO→KClO₃的過程中Cl從+1價(jià)升至+5價(jià)，得在KClO生成另一產(chǎn)物的過程中化合價(jià)要降低，結(jié)合另一產(chǎn)物也為化合物的事實(shí)，推測Cl的化合價(jià)應(yīng)降至-1價(jià)，故另一產(chǎn)物應(yīng)為KCl，反應(yīng)方程式為3KClO=KClO₃+2KCl，故答案為：3KClO=KClO₃+2KCl；
（2）Fe元素化合價(jià)由+3價(jià)升至+6價(jià)，總共升高3價(jià)，Cl元素化合價(jià)從+1價(jià)降至-1價(jià)，總共降低2價(jià)，化合價(jià)升降最小公倍數(shù)為6，所以FeO₄^2-系數(shù)為2，Cl^-系數(shù)為3，根據(jù)鐵元素守恒確定Fe （OH） ₃系數(shù)為2，根據(jù)氯元素守恒ClO^-系數(shù)為3，根據(jù)電荷守恒確定OH^-系數(shù)2×2+3-3=4，根據(jù)H元素守恒確定H₂O的系數(shù)為5，所以a：f=2：5，故答案為：2：5；
II、（3）由圖1數(shù)據(jù)可知，溶液pH越小，相同時(shí)間內(nèi)FeO₄^2-濃度變化越快，高鐵酸鉀溶液平衡時(shí)FeO₄^2-濃度越小．所以實(shí)驗(yàn)1的目的是探究高鐵酸鉀在不同pH溶液中的穩(wěn)定性（或與水反應(yīng)的速率），故答案為：探究高鐵酸鉀在不同pH溶液中的穩(wěn)定性（或與水反應(yīng)的速率）；
（4）由圖2數(shù)據(jù)可知，溫度越高，相同時(shí)間內(nèi)FeO₄^2-濃度變化越快，高鐵酸鉀溶液平衡時(shí)FeO₄^2-濃度越小，
故答案為：溫度越高，高鐵酸鉀越不穩(wěn)定（或溫度越高，高鐵酸鉀與水反應(yīng)的速率越快）；
（5）高鐵酸鉀在水中的反應(yīng)為4FeO₄^2-+10H₂O?4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂↑，pH=11.50的溶液中OH^-離子濃度大，使上述平衡向左移動(dòng)，F(xiàn)eO₄^2-濃度增大，
故答案為：pH=11.50的溶液中OH^-離子濃度大，使上述平衡向左移動(dòng)；
Ⅲ、原電池的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，Al在負(fù)極放電，堿性條件下，生成AlO₂^-與H₂O，電極反應(yīng)式為Al-3e^-+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
故答案為：Al-3e^-+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
分析：I、（1）由題意可得KClO→KClO₃的過程中Cl從+1價(jià)升至+5價(jià)，得在KClO生成另一產(chǎn)物的過程中化合價(jià)要降低，結(jié)合另一產(chǎn)物也為化合物的事實(shí)，推測Cl的化合價(jià)應(yīng)降至-1價(jià)，故另一產(chǎn)物應(yīng)為KCl；
（2）Fe元素化合價(jià)由+3價(jià)升至+6價(jià)，總共升高3價(jià)，Cl元素化合價(jià)從+1價(jià)降至-1價(jià)，總共降低2價(jià)，化合價(jià)升降最小公倍數(shù)為6，所以FeO₄^2-系數(shù)為2，Cl^-系數(shù)為3，根據(jù)鐵元素守恒確定Fe （OH） ₃系數(shù)為2，根據(jù)氯元素守恒ClO^-系數(shù)為3，根據(jù)電荷守恒確定OH^-系數(shù)，根據(jù)元素守恒確定H₂O的系數(shù)，據(jù)此計(jì)算；
II、（3）由圖1數(shù)據(jù)可知，溶液pH越小，相同時(shí)間內(nèi)FeO₄^2-濃度變化越快，高鐵酸鉀溶液平衡時(shí)FeO₄^2-濃度越��；
（4）由圖2數(shù)據(jù)可知，溫度越高，相同時(shí)間內(nèi)FeO₄^2-濃度變化越快，高鐵酸鉀溶液平衡時(shí)FeO₄^2-濃度越��；
（5）高鐵酸鉀在水中的反應(yīng)為4FeO₄^2-+10H₂O?4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂↑，堿性越強(qiáng)，OH^-離子濃度大；
Ⅲ、原電池的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，Al在負(fù)極放電，堿性條件下，生成AlO₂^-與H₂O．
點(diǎn)評：本題考查學(xué)生閱讀題目獲取信息的能力、氧化還原反應(yīng)、鹽類水解等，難度中等，要求學(xué)生要有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識和靈活運(yùn)用知識解決問題的能力．注意基礎(chǔ)知識的全面掌握．