题目内容

5．高铁酸盐在能源、环保等方面有着广泛的用途．湿法、干法制备高铁酸盐的原理如下表所示．
湿法强碱性介质中，Fe（NO3）3与NaClO反应生成紫红色高铁酸盐溶液
干法Fe2O3、KNO3、KOH混合加热共熔生成紫红色高铁酸盐和KNO2等产物
（1）工业上用湿法制备高铁酸钾（K2FeO4）的流程如图1所示：
①实验室制备Cl2的化学方程式为MnO2+4HCl（浓盐酸）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl2+Cl2↑+2H2O．
②反应I的化学方程式为2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+H2O．
③湿法制备高铁酸盐的离子方程式为3ClO-+10OH-+2Fe3+=2FeO42-+3Cl-+5H2O．
（2）高铁酸钾是一种理想的水处理剂，其处理水的原理为高铁酸钾有强氧化性，能杀菌消毒，产生的Fe（OH）3胶体有吸附性，能吸附水中悬浮物质形成沉淀，从而净化水．
（3）干法制备K2FeO4的反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为3：1．
（4）高铁电池是可充电电池，其反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O$?_{充电}^{放电}$3Zn（OH）2+2Fe（OH）3+4KOH．其正极的电极反应式为FeO42-+4H2O+3e-=Fe（OH）3+5OH-阴极的电极反应式为Zn（OH）2+2e-=Zn+2OH-
如图2为该电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出的高铁电池的优点有放电时间长，工作电压稳定． 

分析 反应Ⅰ：2NaOH+Cl2═NaCl+NaClO+H2O，反应Ⅱ：3ClO-+10OH-+2Fe3+=2FeO42-+3Cl-+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和其它杂质，得到纯产品高铁酸钾，
（1）①实验室用浓盐酸和二氧化锰在加热条件下制取氯气；
②反应I为氢氧化钠和氯气发生氧化还原反应生成NaCl、NaClO和水；
③次氯酸根离子和铁离子、氢氧根离子发生氧化还原反应生成高铁酸根离子、氯离子和水；
（2）高铁酸钾具有强氧化性，能杀菌消毒；反应生成的铁离子水解生成的氢氧化铁胶体，胶体具有吸附性，从而净化水；
（3）根据含元素化合价升高的物质为还原剂，含元素化合价降低的物质为氧化剂，并利用化学反应方程式中的化学计量数来分析氧化剂与还原剂的物质的量之比；
（4）高铁电池是可充电电池，其反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O$?_{充电}^{放电}$3Zn（OH）2+2Fe（OH）3+4KOH，正极上高铁离子得电子发生还原反应；阴极上氢氧化锌得电子发生还原反应；
高铁电池放电时间长，工作电压稳定．

解答 解：反应Ⅰ：2NaOH+Cl2═NaCl+NaClO+H2O，反应Ⅱ：3ClO-+10OH-+2Fe3+=2FeO42-+3Cl-+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和其它杂质，得到纯产品高铁酸钾，
（1）①实验室用浓盐酸和二氧化锰在加热条件下制取氯气，反应方程式为MnO2+4HCl（浓盐酸）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl2+Cl2↑+2H2O，故答案为：MnO2+4HCl（浓盐酸）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl2+Cl2↑+2H2O；
②反应I为氢氧化钠和氯气发生氧化还原反应生成NaCl、NaClO和水，反应方程式为2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+H2O，故答案为：2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+H2O；
③次氯酸根离子和铁离子、氢氧根离子发生氧化还原反应生成高铁酸根离子、氯离子和水，离子方程式为3ClO-+10OH-+2Fe3+=2FeO42-+3Cl-+5H2O，故答案为：3ClO-+10OH-+2Fe3+=2FeO42-+3Cl-+5H2O；
（2）高铁酸钾具有强氧化性，能杀菌消毒；反应生成的铁离子水解生成的氢氧化铁胶体，胶体具有吸附性，从而净化水，
故答案为高铁酸钾有强氧化性，能杀菌消毒；产生的Fe（OH）3胶体有吸附性，能吸附水中悬浮物质形成沉淀，从而净化水；
（3）Fe2O3+3KNO3+4KOH═2K2FeO4+3KNO2+2H2O，氮元素的化合价降低，铁元素的化合价升高，则KNO3为氧化剂，Fe2O3为还原剂，氧化剂与还原剂的物质的量之比为3：1，故答案为：3：1；
（4）高铁电池是可充电电池，其反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O$?_{充电}^{放电}$3Zn（OH）2+2Fe（OH）3+4KOH，正极上高铁离子得电子发生还原反应，电极反应式为FeO42-+4H2O+3e-=Fe（OH）3+5OH-；阴极上氢氧化锌得电子发生还原反应，电极反应式为Zn（OH）2+2e-=Zn+2OH-；
高铁电池放电时间长，工作电压稳定，
故答案为：FeO42-+4H2O+3e-=Fe（OH）3+5OH-；Zn（OH）2+2e-=Zn+2OH-；放电时间长，工作电压稳定．

点评 本题考查物质制备，为高频考点，涉及原电池和电解池原理、氧化还原反应、气体制备、盐类水解等知识点，明确反应原理及物质性质是解本题关键，难点是电极反应式的书写，题目难度中等．

练习册系列答案
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9．（1）、把10.6g Na2CO3溶于水，配成2L溶液，那么Na2CO3物质的量浓度是多少？
（2）、向此Na2CO3溶液滴加足量盐酸溶液，能生成多少克CO2气体？
（3）、生成的CO2气体在标准状况下体积为多少？
10．把氯气通入浓氨水中，发生下列反应：3Cl2+8NH3=6NH4Cl+N2，现将4.48L氯气通入浓氨水中，实验测得反应后有0.1mol的NH3被氧化．
（1）用单线桥法表示上述反应的电子转移．
（2）求逸出气体的体积和组成（所有数据已换算成标准状况，逸出气体中不含NH3不考虑氯气的溶液）．
13．实验室采用MgCl2、AlCl3的混合溶液与过量氨水反应制备MgAl2O4的主要流程如下：

（1）为使Mg2+、Al3+同时生成沉淀，应先向沉淀反应器中加入B（填“A”或“B“），再滴加另一反应物．
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（3）无水AlCl3（183℃升华）遇潮湿空气即产生大量白雾，实验室可用如图所示装置制备．

装置B中盛放的试剂为饱和食盐水．G中试剂的作用是吸收反应的尾气氯气，防止污染空气．
用一件仪器装填适当试剂后可起到F和G的双重作用，所装填的试剂为：碱石灰．
（4）该装置存在一个可造成事故的缺点是：D、E之间的导管可能被堵塞而导致发生爆炸事故．
20．利用酸解法制钛白粉产生的废液[含有大量FeSO4、H2SO4和少量Fe2（SO4）3、TiOSO4]生产铁红和补血剂乳酸亚铁．其生产步骤如下：

已知：TiOSO4可溶于水，在水中可以电离出TiO2+和SO42-．
请回答下列问题：
（1）步骤①中分离硫酸亚铁溶液和滤渣的操作是过滤．
（2）滤渣的主要成分为TiO2•xH2O，写出TiOSO4水解生成TiO2•xH2O的化学方程式：TiOSO4+（x+1）H2O═TiO2•xH2O↓+H2SO4．
（3）硫酸亚铁在空气中煅烧生成铁红和三氧化硫的化学方程式为4FeSO4+O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe2O3+4SO3．
（4）步骤④的离子方程式是Fe2++2HCO3-═FeCO3↓+H2O+CO2↑．
（5）步骤⑥必须控制一定的真空度，原因是有利于蒸发水以及防止Fe2+被氧化．
（6）为了测定步骤②所得晶体中FeSO4•7H2O的质量分数，取晶体样品a g，溶于稀硫酸配成100.00mL溶液，取出20.00mL溶液，用KMnO4溶液滴定（假设杂质与KMnO4不反应）．若消耗0.1000mol•L-1的KMnO4溶液20.00mL，则所得晶体中FeSO4•7H2O的质量分数为$\frac{13.9}{a}$（用含a的代数式表示）．
10．现拟在实验室里利用空气和镁粉为原料制取少量纯净的氮化镁（Mg3N2）．已知实验中可能会发生下列反应：
①2Mg+O2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MgO；  ②3Mg+N2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg3N2；  ③2Mg+CO2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MgO+C；
④Mg+H2O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgO+H2↑；  ⑤Mg3N2+6H2O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Mg（OH）2↓+2NH3↑．
可供选择的装置和药品如图所示（镁粉、还原铁粉均已干燥；装置内所发生的反应是完全的；整套装置的末端与干燥管相连）．

回答下列问题：
（1）在设计实验方案时，除装置A、E外，还应选择的装置（填字母代号）BDF，
其目的分别是（可不填满）：
选择B，目的是目的是除气流中的水蒸汽，避免反应④发生；
选择D，目的是目的是除去空气中的CO2，避免反应③发生；
选择F，目的是目的是除去空气中的氧气，避免反应①发生；
选择无，目的是无．
（2）连接并检查实验装置的气密性．实验开始时，打开自来水的开关，将空气从5升的空气储气瓶压入反应装置，则气流流经导管的顺序是（填字母代号）：i→j→h→g→d→c→k→l→a→b．
（3）通气后，如果同时点燃A、F装置的酒精灯，对实验结果有何影响？制得的氮化镁不纯，原因是因为A装置没有排完空气前就加热会使空气中的氧气、CO2、水蒸气等与镁反应生成其他物质．
（4）请设计一个实验，验证产物是氮化镁：将产物取少量置于试管中，加入适量水并加热．将湿润的红色石蕊试纸置于试管口，若试纸变蓝，则说明产物中含有Mg3N2，若试纸不变蓝，则不含有Mg3N2．
17．工业上一般在恒容密闭容器中可以采用下列反应合成甲醇：CO（g）+2H2（g）?CH3OH （g）
（1）判断反应达到平衡状态的依据是（填字母序号，下同）CD．
A．生成CH3OH的速率与消耗CO的速率相等
B．混合气体的密度不变
C．混合气体的相对平均分子质量不变
D．CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化
（2）下表所列数据是该反应在不同温度下的化学平衡常数（K）．
温度250℃300℃350℃
K2.0410.2700.012
①由表中数据判断该反应的△H＜0（填“＞”、“=”或“＜”）；
②某温度下，将2mol CO和6mol H2充入2L的密闭容器中，充分反应后，达到平衡时测得c （CO）=0.2mol•L-1，则H2的转化率为53.3%，此时的温度为250℃，若在此温度下测得某时刻体系内各物质的浓度如下：c （CO）=0.5mol•L-1，c （H2）=0.2mol•L-1，c （CH3OH）=0.1mol•L-1，则此时该反应向逆方向进行（填“向正方向进行”、“向逆方向进行”或“处于平衡状态”）．
（3）要提高CO的转化率，可以采取的措施是DF．
A．升温         B．加入催化剂    C．增加CO的浓度
D．加入H2       E．加入惰性气体   F．分离出甲醇．
14．工业上制备BaCl2的工艺流程图如下：

某研究小组在实验室用重晶石（主要成分BaSO4）对工业过程进行模拟实验．查表得：
BaSO4（s）+4C（s）$\stackrel{高温}{?}$4CO（g）+BaS（s）△H1=+571.2kJ•mol-1     ①
BaSO4（s）+2C（s）$\stackrel{高温}{?}$2CO2（g）+BaS（s）△H2=+226.2kJ•mol-1     ②
（1）流程图中气体用过量的NaOH溶液吸收，得到一种钠盐．写出该盐发生水解的离子方程式S2-+H2O?HS-+OH-、HS-+H2O?H2S+OH-．
（2）向0.1mol/L BaCl2溶液中加入一定量的AgNO3溶液和KBr溶液，当两种沉淀共存时，$\frac{c（B{r}^{-}）}{c（C{l}^{-}）}$=2.7×10-3，则Ksp（AgBr）=5.4×10-13．[已知：Ksp（AgCl）=2.0×10-10]
（3）反应2CO（g）$\stackrel{高温}{?}$C（s）+CO2（g）的△H=-172.5kJ•mol-1．
15．乙烯是一种重要的化工原料．乙烯燃烧的化学方程式为C2H4+3O2$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2CO2+2H2O，下列关于该反应的说法中，正确的是（　　）
A．反应过程中吸收大量的热
B．反应前后原子个数不变
C．该反应属于置换反应
D．参加反应的乙烯和氧气的质量比为9：24

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