Question

11．高鐵酸鈉（Na₂FeO₄）是一種新型、高效的水處理劑，與水反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4Na₂FeO₄+10H₂O═4Fe（OH）₃+3O₂↑+8NaOH．電解制備 Na₂FeO₄ 裝置示意圖如圖1．

（1）a是電源的負(fù)極（填“正”或“負(fù)”）．電解時(shí)，石墨電極附近溶液的堿性增強(qiáng)（填“增強(qiáng)”、“減弱”或“不變”）．
（2）鐵電極的反應(yīng)式為Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O．
（3）維持一定的電流強(qiáng)度和電解溫度，NaOH起始濃度對(duì)Na₂FeO₄濃度影響如圖2（電解液體積相同情況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)）．
①電解3.0h內(nèi)，隨NaOH起始濃度增大，Na₂FeO₄濃度變化趨勢(shì)是增大 （填“增大”、“不變”或“減小”）．
②當(dāng)NaOH起始濃度為16mol•L^-1，1.0～2.0h內(nèi)生成Na₂FeO₄的速率是8  mol•L^-1•h^-1
③A 點(diǎn)與B 點(diǎn)相比，n[Fe（OH）₃]：A＜  B （填“＞”、“=”或“＜”）
（4）提純電解所得Na₂FeO₄，采用重結(jié)晶、過濾、洗滌、低溫烘干的方法，則洗滌劑最好選用C 溶液（填標(biāo)號(hào)）和異丙醇．
A．Fe（NO₃）₃B．NH₄ClC．CH₃COONa
（5）次氯酸鈉氧化法也可以制得Na₂FeO₄．
己知 2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O （1）△H=akJ•mol^-1
NaCl（aq）+H₂O（1）═NaClO（aq）+H₂（g）△H=bkJ•mol^-1
4Na₂FeO₄（aq）+10H₂O（1）═4Fe（OH）₃（s）+3O₂（g）+8NaOH（aq）△H=c kJ•mol^-1
反應(yīng) 2Fe（OH）₃（s）+3NaClO（aq）+4NaOH（aq）=2Na₂FeO₄（aq）+3NaCl（aq）+5H₂O（1）
的△H=$\frac{-c-3a-6b}{2}$kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）連接電源正極的電極為陽極，連接電源負(fù)極的電極為陰極，據(jù)此進(jìn)行分析，考慮到溶液是堿性，要么是OH^-參與反應(yīng)，要么是反應(yīng)生成OH^-，據(jù)此寫出陰極的電極方程式分析溶液的酸堿性；
（2）根據(jù)總反應(yīng)分析，反應(yīng)制備Na₂FeO₄，因此Fe電極是電極溶解，F(xiàn)e在電解過程失去電子，生成FeO₄^2-，據(jù)此寫出電極反應(yīng)式；
（3）①根據(jù)圖象，電解3.0h內(nèi)，隨NaOH起始濃度增大，Na₂FeO₄濃度變化趨勢(shì)是增大；
②當(dāng)NaOH起始濃度為16mol/L，根據(jù)圖象分析，1.0～2.0h內(nèi)生成Na₂FeO₄的濃度增量為△c=16-8=8mol/L，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)平均速率計(jì)算公式：$\overline{r}=\frac{△c}{△t}$計(jì)算；
③從元素角度分析，總量Fe元素一定，A點(diǎn)產(chǎn)生的Na₂FeO₄的量比B點(diǎn)產(chǎn)生的Na₂FeO₄的量多，則A點(diǎn)的Fe（OH）₃的量比B點(diǎn)的少，此時(shí)在濃堿溶解中，水解可以受到抑制；
（4）Na₂FeO₄易水解顯堿性，因此洗滌Na₂FeO₄時(shí)需要抑制其水解，也就是需要使溶液保持堿性條件，可見只有醋酸鈉是顯堿性的；
（5）根據(jù)蓋斯定律求解方程式的焓變．

解答 解：（1）與b相連的Fe極是Fe失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，則b是電源正極，a是電源負(fù)極，電解時(shí)，石墨電極是陰極，考慮到溶液是堿性，電極方程式應(yīng)為2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，反應(yīng)生成了OH^-，則溶液的堿性增強(qiáng)，
故答案為：負(fù)；增強(qiáng)；
（2）反應(yīng)制備Na₂FeO₄，因此Fe電極是電極溶解，F(xiàn)e在電解過程失去電子，生成FeO₄^2-，則Fe極的電極反應(yīng)式應(yīng)為Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O，
故答案為：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O；
（3）①根據(jù)圖象，電解3.0h內(nèi)，隨NaOH起始濃度增大，Na₂FeO₄濃度變化趨勢(shì)是增大，
故答案為：增大；
②根據(jù)圖象，當(dāng)NaOH起始濃度為16mol/L，根據(jù)圖象分析，1.0～2.0h內(nèi)生成Na₂FeO₄的濃度增量為△c=16-8=8mol/L，經(jīng)歷時(shí)間為△t=2.0-1.0=1.0h，則生成Na₂FeO₄的速率為$\overline{r}=\frac{△c}{△t}$=$\frac{8mol}{1h}$=8mol/（L•h），
故答案為：8；
③從元素角度分析，總量Fe元素一定，A點(diǎn)產(chǎn)生的Na₂FeO₄的量比B點(diǎn)產(chǎn)生的Na₂FeO₄的量多，則A點(diǎn)的Fe（OH）₃的量比B點(diǎn)的少，
故答案為：＜；
（4）考慮到Na₂FeO₄易水解顯堿性，洗滌Na₂FeO₄時(shí)需要抑制其水解，也就是需要使溶液保持堿性條件，備選物質(zhì)中，只有醋酸鈉水解使溶液顯堿性，符合要求，
故選C；
（5）已知：①2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O （1）△H₁=akJ/mol，
                  ②NaCl（aq）+H₂O（1）═NaClO（aq）+H₂（g）△H₂=bkJ/mol，
                  ③4Na₂FeO₄（aq）+10H₂O（1）═4Fe（OH）₃（s）+3O₂（g）+8NaOH（aq）△H₂=c kJ/mol，
所求反應(yīng)為2Fe（OH）₃（s）+3NaClO（aq）+4NaOH（aq）=2Na₂FeO₄（aq）+3NaCl（aq）+5H₂O（1），該反應(yīng)可由$\frac{-③-3×①-6×②}{2}$得到，根據(jù)蓋斯定律，所求反應(yīng)的焓變?yōu)椤鱄=$\frac{-△{H}_{3}-3△{H}_{1}-6△{H}_{2}}{2}$=$\frac{-c-3a-6b}{2}$kJ/mol．
故答案為：$\frac{-c-3a-6b}{2}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)原理部分知識(shí)，包含電解池，電解原理，電極反應(yīng)式的書寫，化學(xué)反應(yīng)速率計(jì)算，鹽類水解，熱化學(xué)知識(shí)．題目考查綜合，涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，難度中等，是中檔題．