题目内容

4．高铁酸盐在能源．环保等方面有着广泛的用途．
Ⅰ．工业上制备K2FeO4的常用方法有两种．
方法一：湿法．工艺流程如图1．

（1）完成“氧化”过程中反应的化学方程式：
2FeCl3+10NaOH+3NaClO═2Na2FeO4+9NaCl+5H2O，其中氧化剂是NaClO（填化学式）．
（2）加入饱和KOH溶液的目的是减小高铁酸钾的溶解，促进高铁酸钾晶体析出；用异丙醇洗涤的目的是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．
方法二：干法．把Fe2O3．KNO3．KOH混合加热生成紫红色高铁酸盐和KNO2等产物．
（3）在干法制备K2FeO4的反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为3：1．
Ⅱ．高铁酸钾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2是高铁电池的实验装置：
已知放电后，两极得到铁的相同价态的化合物．

（4）该电池放电时正极发生的电极反应是FeO42-+4H2O+3e-=Fe（OH）3↓+5OH-；
（5）若该电池属于二次电池，则充电时阴极反应的电极反应方程式为：Fe（OH）3+3e-=Fe+3OH-（或FeOOH+3e-+H2O=Fe+3OH-）．
（6）已知盐桥中含有饱和KCl溶液，放电时，盐桥的作用是形成闭合电路．此盐桥中阴离子的运行方向是：左池到右池；若用某种高分子材料制成隔膜代替盐桥，该隔膜允许通过的离子是K+和H+．
（7）如图3为高铁电池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使用时间长．工作电压稳定．

分析 Ⅰ．方法一：湿法为次氯酸盐氧化法，工艺流程：氯化铁溶液中加入次氯酸钠和氢氧化钠，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．
（1）反应中NaClO是氧化剂，还原产物是NaCl，根据元素守恒，可知反应式中需要补充NaCl和H2O．根据化合价升降法配平方程式；
（2）加入饱和KOH溶液可以增大K+的浓度，使平衡向右移动；用异丙醇可以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；
方法二：干法．
（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；
Ⅱ．根据电池装置，Fe做负极放电，正极上高铁酸钾发生还原反应，均生成相同价态的化合物，高铁酸钾的氧化性很强，能够生成三价铁．
（4）FeO42-在正极得电子生成Fe3+；
（5）充电时Fe（OH）3在阴极得电子生成Fe；
（6）盐桥可起到平衡电荷，构成闭合回路的作用；放电时盐桥中阴离子由左池到右池；用某种高分子材料制成隔膜代替盐桥，该隔膜只允许通过的离子有K+和H+；
（7）图3为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，不难看出高铁电池的优点为使用时间比高能碱性电池的长，且放电电压比高能碱性电池的稳定．

解答 解：Ⅰ．方法一：湿法
（1）反应中FeCl3→Na2FeO4，铁元素化合价由+3价升高为+6价，化合价总升高3价，NaClO→NaCl，氯元素化合价由+1降低为-1价，化合价总共降低2价，化合价升降最小公倍数为6，故FeCl3系数为2，NaClO系数为3，由铁元素守恒可知 Na2FeO4系数为2，由氯元素守恒可知NaCl系数为2×3+3=9，根据钠元素守恒可知NaOH系数为9+2×2=13，由氢元素守恒可知H2O系数为5，配平方程式为2FeCl3+10NaOH+3NaClO=2Na2FeO4+9NaCl+5H2O；
反应中NaClO→NaCl，氯元素化合价由+1降低为-1价，NaClO是氧化剂，还原产物是NaCl．
故答案为：2、10、3、2、9NaCl、5H2O；NaClO；
（2）Na2FeO4+2KOH?K2FeO4+2NaOH，加入饱和KOH溶液可以增大K+的浓度，使平衡向右移动，析出晶体，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，
故答案为：减小高铁酸钾的溶解，促进高铁酸钾晶体析出；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；
方法二：干法．
（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；
Ⅱ．（4）FeO42-在正极得电子生成Fe3+，生成其电极反应式为：FeO42-+4H2O+3e-═Fe（OH）3↓+5OH-；
故答案为：FeO42-+4H2O+3e-═Fe（OH）3↓+5OH-；
（5）充电时Fe（OH）3在阴极得电子生成Fe，其电极反应式为：Fe（OH）3+3e-=Fe+3OH-（或FeOOH+3e-+H2O=Fe+3OH-），
故答案为：Fe（OH）3+3e-=Fe+3OH-（或FeOOH+3e-+H2O=Fe+3OH-）；
（6）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，放电时盐桥中阴离子由左池到右池；用某种高分子材料制成隔膜代替盐桥，该隔膜只允许通过的离子有K+和H+，
故答案为：形成闭合电路；左池到右池；K+和H+；
（7）图3为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出的高铁电池的优点有放电时间长，工作电压稳定等优点，
故答案为：使用时间长；工作电压稳定．

点评 本题考查了工业上制备K2FeO4的常用方法，侧重考查物质制备方法的分析应用，流程的理解应用，掌握物质性质和平衡移动原理，物质溶解度的大小比较以及化学电池工作原理是解题关键，题目难度中等．

练习册系列答案
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请回答下列问题：
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（3）实验室完成操作Ⅲ所需的仪器有铁架台、玻璃棒以及ac（填序号），其中玻璃棒的作用是引流

（4）操作Ⅳ中滤液与KCl需在浓氨水中发生反应．析出K2SO4晶体．此反应的基本类型是复分解反应．浓氨水的作用是降低硫酸钾的溶解度，利于硫酸钾的析出，反应需在密闭容器中进行的原因是浓氨水易挥发，该操作得到的母液中所含的主要阳离子的检验方法是取溶液少许，向其中加入NaOH溶液并加热，生成有刺激性气味的气体并能使湿润的红色石蕊试纸变蓝．
（5）物质的循环使用，能节约资源，上述流程中循环使用的物质是CO2、NH3（写分子式）
9．已知：
 药品名称 熔点/℃ 沸点/℃密度g/cm3 溶解性
 正丁醇
（CH3CH2CH2OH）		-89.5 117.7 0.8098 微溶于水，溶于浓硫酸
 l-溴丁烷
（CH3CH2CH2CH2Br）		-112.4 101.6 1.2760 不溶于水和浓硫酸
制备1-浪丁烷粗产品在图1装里的圆底烧瓶中依次加人NaBr，lOmL正丁醇．分批加人1，1的硫酸溶液，摇匀，加热30min，发生如下反应：NaBr+H2SO4+CH3CH2CH2OH→CH3CH2CH2Br+NaHSO4+H2O．
（1）反应装置中还需要加人固体M，加人M的目的是防止液体暴沸；．配制体积比为1，1的硫酸所用的玻璃仪器为bcd．a．天平　b．量筒　 C．玻璃棒　d．烧杯
（2）冷凝管的进水口是．端，这样选择的原因是能更充分冷凝．
（3）下列图2装置中，能代替图1中最后的收集装里的是B、D、E．
（4）若用浓硫酸进行实验，有机层中会呈现棕黄色，除去其中杂质的正确方法是d
a．蒸馏　　　　　　b．氢氧化钠溶液洗涤
c．用四氛化碳萃取 d．用亚硫酸钠溶液洗涤
（5）制备精品．将得到的粗1一澳丁烷依次用浓硫酸、水、10写碳酸钠、水洗涤后加人无水抓化钙进行干燥，然后再将1-澳丁烷按图3装置燕馏．
①收集产品时，控制的温度应在101.6℃左右，区分1一澳丁烷精品和粗品的一种方法是测熔沸点．
②实验制得的1一澳丁烷的质量为10.895g，则正丁醇的转化率为72.6%．（保留3位小数）
16．为确定下列置于空气中的物质是否变质，所选检验试剂（括号内物质）不能达到目的是（　　）
A．Na2SO3溶液【Ba（OH）2溶液】B．FeCl2溶液【KSCN溶液】
C．KI【淀粉溶液】D．NaOH溶液【Ba（OH）2溶液】
13．元素周期表中某区域的一些元素多用于制造半导体材料，它们是（　　）
A．金属元素和非金属元素分界线附近的元素
B．稀有气体元素
C．左下方区域的金属元素
D．右上方区域的非金属元素
14．如图所示装置有洗气、储气等用途．在医院给病人输氧气时，也利用了类似的装置，并在装置中盛放大约半瓶蒸馏水．以下说法不正确的是（　　）
A．导管B连接供给氧气的钢瓶
B．导管B连接病人吸氧气的塑胶管
C．该装置可用来储存氧气，装置中充满蒸馏水，氧气从导管B通入
D．该装置可用来观察从而调节输出氧气的速度

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