Question

【題目】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(jìn)行中。如圖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，電池工作十分鐘，理論消耗Zn_______g（已知F=96500C／mol,小數(shù)點(diǎn)后保留1位）。

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

（3）下圖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K2FeO4的工藝流程如圖。

（4）完成“氧化”過(guò)程中反應(yīng)的化學(xué)方程式：___FeCl3+___NaOH+___NaClO=___Na2FeO4+___NaCl+___H2O,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]=4.0×10-38，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(guò)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】FeO42﹣+4H2O+3e﹣=Fe（OH）3↓+5OH﹣0.2右左使用時(shí)間長(zhǎng)、工作電壓穩(wěn)定2103295NaClO減小高鐵酸鉀的溶解，促進(jìn)高鐵酸鉀晶體析出2.5

【解析】

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(guò)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(dòng)，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(dòng)，用某種高分子材料制成陽(yáng)離子交換膜代替鹽橋，則鉀離子向左移動(dòng)，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(zhǎng)、工作電壓穩(wěn)定，故答案為：使用時(shí)間長(zhǎng)、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(guò)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(guò)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，所含元素化合價(jià)降低的反應(yīng)物是氧化劑，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(jìn)高鐵酸鉀晶體析出，故答案為：減小高鐵酸鉀的溶解，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(kāi)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=2.5mL，故答案為：2.5。