题目内容
高铁酸钾(K2FeO4)具有极高的氧化性,对环境无不良影响,被人们称为“绿色化学”试剂.某校化学兴趣小组对高铁酸钾进行了如下探究.
I、高铁酸钾制备:
①在一定温度下,将氯气通入KOH溶液中制得次氯酸钾溶液;②在剧烈搅拌条件下,将Fe(NO3)3 分批加入次氯酸钾溶液中,控制反应温度,以免次氯酸钾分解;③加 KOH至饱和,使K2FeO4 充分析出,再经纯化得产品.
(1)温度过高会导致次氯酸钾分解生成两种化合物,产物之一是氯酸钾(KClO3),此反应化学方程式是
(2)制备过程的主反应为(a、b、c、d、e、f为化学计量系数):aFe (OH) 3+b ClO-+cOH-=d FeO42-+e Cl-+f H2O,则a:f=
II、探究高铁酸钾的某种性质:
实验1:将适量K2FeO4分别溶解于pH 为 4.74、7.00、11.50 的水溶液中,配得FeO42-浓度为 1.0mmol?L-1(1mmol?L-1=10-3mol?L-1)的试样,静置,考察不同初始 pH 的水溶液对K2FeO4某种性质的影响,结果见图1(注:800min后,三种溶液中高铁酸钾的浓度不再改变).
![](http://thumb.1010pic.com/pic3/upload/images/201208/16/27e0204a.png)
实验2:将适量 K2FeO4 溶解于pH=4.74 的水溶液中,配制成FeO42-浓度为 1.0mmol?L-1 的试样,将试样分别置于 20℃、30℃、40℃和 60℃的恒温水浴中,考察不同温度对K2FeO4某种性质的影响,结果见图2.
(3)实验1的目的是
(4)实验2可得出的结论是
(5)高铁酸钾在水中的反应为4FeO42-+10H2O?4Fe(OH)3+8OH-+3O2↑.
由图1可知,800min时,pH=11.50的溶液中高铁酸钾最终浓度比pH=4.74的溶液中高,主要原因是
Ⅲ、用高铁酸钾作高能电池的电极材料:
Al-K2FeO4电池是一种高能电池(以氢氧化钾为电解质溶液),该电池放电时负极反应式是:
I、高铁酸钾制备:
①在一定温度下,将氯气通入KOH溶液中制得次氯酸钾溶液;②在剧烈搅拌条件下,将Fe(NO3)3 分批加入次氯酸钾溶液中,控制反应温度,以免次氯酸钾分解;③加 KOH至饱和,使K2FeO4 充分析出,再经纯化得产品.
(1)温度过高会导致次氯酸钾分解生成两种化合物,产物之一是氯酸钾(KClO3),此反应化学方程式是
3KClO=KClO3+2KCl
3KClO=KClO3+2KCl
.(2)制备过程的主反应为(a、b、c、d、e、f为化学计量系数):aFe (OH) 3+b ClO-+cOH-=d FeO42-+e Cl-+f H2O,则a:f=
2:5
2:5
.II、探究高铁酸钾的某种性质:
实验1:将适量K2FeO4分别溶解于pH 为 4.74、7.00、11.50 的水溶液中,配得FeO42-浓度为 1.0mmol?L-1(1mmol?L-1=10-3mol?L-1)的试样,静置,考察不同初始 pH 的水溶液对K2FeO4某种性质的影响,结果见图1(注:800min后,三种溶液中高铁酸钾的浓度不再改变).
![](http://thumb.1010pic.com/pic3/upload/images/201208/16/27e0204a.png)
实验2:将适量 K2FeO4 溶解于pH=4.74 的水溶液中,配制成FeO42-浓度为 1.0mmol?L-1 的试样,将试样分别置于 20℃、30℃、40℃和 60℃的恒温水浴中,考察不同温度对K2FeO4某种性质的影响,结果见图2.
(3)实验1的目的是
探究高铁酸钾在不同pH溶液中的稳定性(或与水反应的速率)
探究高铁酸钾在不同pH溶液中的稳定性(或与水反应的速率)
;(4)实验2可得出的结论是
温度越高,高铁酸钾越不稳定(或温度越高,高铁酸钾与水反应的速率越快)
温度越高,高铁酸钾越不稳定(或温度越高,高铁酸钾与水反应的速率越快)
;(5)高铁酸钾在水中的反应为4FeO42-+10H2O?4Fe(OH)3+8OH-+3O2↑.
由图1可知,800min时,pH=11.50的溶液中高铁酸钾最终浓度比pH=4.74的溶液中高,主要原因是
PH=11.50的溶液中OH-离子浓度大,使上述平衡向左移动
PH=11.50的溶液中OH-离子浓度大,使上述平衡向左移动
;Ⅲ、用高铁酸钾作高能电池的电极材料:
Al-K2FeO4电池是一种高能电池(以氢氧化钾为电解质溶液),该电池放电时负极反应式是:
Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O
Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O
.分析:I、(1)由题意可得KClO→KClO3的过程中Cl从+1价升至+5价,得在KClO生成另一产物的过程中化合价要降低,结合另一产物也为化合物的事实,推测Cl的化合价应降至-1价,故另一产物应为KCl;
(2)Fe元素化合价由+3价升至+6价,总共升高3价,Cl元素化合价从+1价降至-1价,总共降低2价,化合价升降最小公倍数为6,所以FeO42-系数为2,Cl-系数为3,根据铁元素守恒确定Fe (OH) 3系数为2,根据氯元素守恒ClO-系数为3,根据电荷守恒确定OH-系数,根据元素守恒确定H2O的系数,据此计算;
II、(3)由图1数据可知,溶液pH越小,相同时间内FeO42-浓度变化越快,高铁酸钾溶液平衡时FeO42-浓度越小;
(4)由图2数据可知,温度越高,相同时间内FeO42-浓度变化越快,高铁酸钾溶液平衡时FeO42-浓度越小;
(5)高铁酸钾在水中的反应为4FeO42-+10H2O?4Fe(OH)3+8OH-+3O2↑,碱性越强,OH-离子浓度大;
Ⅲ、原电池的负极发生氧化反应,Al在负极放电,碱性条件下,生成AlO2-与H2O.
(2)Fe元素化合价由+3价升至+6价,总共升高3价,Cl元素化合价从+1价降至-1价,总共降低2价,化合价升降最小公倍数为6,所以FeO42-系数为2,Cl-系数为3,根据铁元素守恒确定Fe (OH) 3系数为2,根据氯元素守恒ClO-系数为3,根据电荷守恒确定OH-系数,根据元素守恒确定H2O的系数,据此计算;
II、(3)由图1数据可知,溶液pH越小,相同时间内FeO42-浓度变化越快,高铁酸钾溶液平衡时FeO42-浓度越小;
(4)由图2数据可知,温度越高,相同时间内FeO42-浓度变化越快,高铁酸钾溶液平衡时FeO42-浓度越小;
(5)高铁酸钾在水中的反应为4FeO42-+10H2O?4Fe(OH)3+8OH-+3O2↑,碱性越强,OH-离子浓度大;
Ⅲ、原电池的负极发生氧化反应,Al在负极放电,碱性条件下,生成AlO2-与H2O.
解答:解:I、((1)由题意可得KClO→KClO3的过程中Cl从+1价升至+5价,得在KClO生成另一产物的过程中化合价要降低,结合另一产物也为化合物的事实,推测Cl的化合价应降至-1价,故另一产物应为KCl,反应方程式为3KClO=KClO3+2KCl,故答案为:3KClO=KClO3+2KCl;
(2)Fe元素化合价由+3价升至+6价,总共升高3价,Cl元素化合价从+1价降至-1价,总共降低2价,化合价升降最小公倍数为6,所以FeO42-系数为2,Cl-系数为3,根据铁元素守恒确定Fe (OH) 3系数为2,根据氯元素守恒ClO-系数为3,根据电荷守恒确定OH-系数2×2+3-3=4,根据H元素守恒确定H2O的系数为5,所以a:f=2:5,故答案为:2:5;
II、(3)由图1数据可知,溶液pH越小,相同时间内FeO42-浓度变化越快,高铁酸钾溶液平衡时FeO42-浓度越小.所以实验1的目的是探究高铁酸钾在不同pH溶液中的稳定性(或与水反应的速率),故答案为:探究高铁酸钾在不同pH溶液中的稳定性(或与水反应的速率);
(4)由图2数据可知,温度越高,相同时间内FeO42-浓度变化越快,高铁酸钾溶液平衡时FeO42-浓度越小,
故答案为:温度越高,高铁酸钾越不稳定(或温度越高,高铁酸钾与水反应的速率越快);
(5)高铁酸钾在水中的反应为4FeO42-+10H2O?4Fe(OH)3+8OH-+3O2↑,pH=11.50的溶液中OH-离子浓度大,使上述平衡向左移动,FeO42-浓度增大,
故答案为:pH=11.50的溶液中OH-离子浓度大,使上述平衡向左移动;
Ⅲ、原电池的负极发生氧化反应,Al在负极放电,碱性条件下,生成AlO2-与H2O,电极反应式为Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O.
故答案为:Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O.
(2)Fe元素化合价由+3价升至+6价,总共升高3价,Cl元素化合价从+1价降至-1价,总共降低2价,化合价升降最小公倍数为6,所以FeO42-系数为2,Cl-系数为3,根据铁元素守恒确定Fe (OH) 3系数为2,根据氯元素守恒ClO-系数为3,根据电荷守恒确定OH-系数2×2+3-3=4,根据H元素守恒确定H2O的系数为5,所以a:f=2:5,故答案为:2:5;
II、(3)由图1数据可知,溶液pH越小,相同时间内FeO42-浓度变化越快,高铁酸钾溶液平衡时FeO42-浓度越小.所以实验1的目的是探究高铁酸钾在不同pH溶液中的稳定性(或与水反应的速率),故答案为:探究高铁酸钾在不同pH溶液中的稳定性(或与水反应的速率);
(4)由图2数据可知,温度越高,相同时间内FeO42-浓度变化越快,高铁酸钾溶液平衡时FeO42-浓度越小,
故答案为:温度越高,高铁酸钾越不稳定(或温度越高,高铁酸钾与水反应的速率越快);
(5)高铁酸钾在水中的反应为4FeO42-+10H2O?4Fe(OH)3+8OH-+3O2↑,pH=11.50的溶液中OH-离子浓度大,使上述平衡向左移动,FeO42-浓度增大,
故答案为:pH=11.50的溶液中OH-离子浓度大,使上述平衡向左移动;
Ⅲ、原电池的负极发生氧化反应,Al在负极放电,碱性条件下,生成AlO2-与H2O,电极反应式为Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O.
故答案为:Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O.
点评:本题考查学生阅读题目获取信息的能力、氧化还原反应、盐类水解等,难度中等,要求学生要有扎实的基础知识和灵活运用知识解决问题的能力.注意基础知识的全面掌握.
![](http://thumb2018.1010pic.com/images/loading.gif)
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