Question

【题目】高铁酸盐在能源、环保等方面有着广泛的用途。

I．高铁酸钾( K2Fe04)不仅是一种理想的水处理剂，而且高铁电池的研制也在进行中。如图1是高铁电池的模拟实验装置：

（1）该电池放电时正极的电极反应式为 ；若维持电流强度为1A，电池工作10 min ，理论消耗Zn g（已知F=96500 C／mol）。

（2）盐桥中盛有饱和KC1溶液，此盐桥中氯离子向 移动（填“左”或“右”）；若用阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向 移动（填“左”或“右”）。

（3）图2为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出高铁电池的优点有 。

Ⅱ．工业上湿法制备K2Fe04的工艺流程如图3。

（4）完成“氧化”过程中反应的化学方程式：

其中氧化剂是 （填化学式）。

（5）加入饱和KOH溶液的目的是

（6）已知25℃时Ksp[Fe(OH)3]=4.0×，此温度下若在实验室中配制5mol/L

l00mL FeCl3溶液，为使配制过程中不出现浑浊现象，则至少需要加入 mL 2 mol/L的盐酸（忽略加入盐酸体积）。

Answer 1

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

（2）右；左

（3）使用时间长、工作电压稳定

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

（5）增大K＋浓度，促进高铁酸钾晶体析出。

（6）2.5

【解析】

试题分析：Ⅰ．（1）根据电池装置，Zn做负极，C为正极，高铁酸钾的氧化性很强，正极上高铁酸钾发生还原反应生成Fe(OH)3，正极电极反应式为：FeO42-+4H2O+3e-═Fe(OH)3↓+5OH-，若维持电流强度为1A，电池工作十分钟，通过电子为，则理论消耗Zn为××65g/mol=0.2g。

故答案为：FeO42-+4H2O+3e-═Fe(OH)3↓+5OH--；0.2；

（2）盐桥中阴离子移向负极移动，盐桥起的作用是使两个半电池连成一个通路，使两溶液保持电中性，起到平衡电荷，构成闭合回路，放电时盐桥中氯离子向右移动，用某种高分子材料制成阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向左移动。

故答案为：右；左；

（3）由图可知高铁电池的优点有：使用时间长、工作电压稳定。

故答案为：使用时间长、工作电压稳定；

Ⅱ．氯化铁溶液中加入次氯酸钠和氢氧化钠，发生反应为：2FeCl3+10NaOH+3NaClO=2Na2FeO4+9NaCl+5H2O，将Na2FeO4粗产品在40%KOH溶液中溶解，过滤除去杂质NaCl，加入饱和KOH溶液后，将Na2FeO4转化为溶解度更小的K2FeO4，反应方程式为Na2FeO4+2KOH=K2FeO4+2NaOH，冷却结晶、过滤，高铁酸钾易溶于水，难溶于异丙醇，用异丙醇代替水洗涤产品可以减少高铁酸钾的损耗，同时洗去高铁酸钾晶体表面的KOH和其他杂质，得到纯产品高铁酸钾。

（4）其中Fe元素化合价由+3价升高为+6价，共升高3价，Cl元素化合价由+1价降低为-1，价，共降低2价，化合价升降最小公倍数为6，则FeCl3的系数为2、NaClO的系数为3，再根据原子守恒配平后反应方程式为：2FeCl3+10NaOH+3NaClO═2Na2FeO4+9NaCl+5H2O，NaClO所含元素化合价降低是氧化剂。

故答案为：2、10、3、2、9、5；NaClO；

（5）加入饱和KOH溶液可以增大K+的浓度，减小高铁酸钾的溶解，促进高铁酸钾晶体析出。

故答案为：增大K＋浓度，促进高铁酸钾晶体析出；

（6）溶液中c(Fe3+)=5mol/L，根据Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)×c3(OH-)=4.0×10-38，可知开始沉淀时c(OH-)=2×10-13mol/L，则溶液中c(H+)= mol/L=0.05mol/L，根据稀释定律，需要盐酸的体积为=2.5mL。

故答案为：2.5。