题目内容

10．高铁酸盐在能源、环保等方面有着广泛的用途．
Ⅰ．高铁酸钾（K2FeO3）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FeO42-+4H2O+3e-═Fe（OH）3↓+5OH-；若维持电流强度为1A，电池工作十分钟，理论消耗Zn0.2g（已知F=96500C/mol）．
（2）盐桥中盛有饱和KCl溶液，此盐桥中氯离子向右移动（填“左”或“右”）；若用阳离
子交换膜代替盐桥，则钾离子向左移动（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使用时间长、工作电压稳定．
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：
2FeCl3+10NaOH+3NaClO=2Na2FeO4+9NaCl+5H2O
（5）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
（6）已知25℃时Ksp[Fe（OH）3]=4.0×10-38，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2.5mL　2mol/L的盐酸（忽略加入盐酸体积）．

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，左边烧杯只能生成三价铁，三价铁离子在碱溶液中沉淀下来，则正极上高铁酸钾发生还原反应生成Fe（OH）3；根据电子转移计算Zn的质量；
（2）盐桥可起到平衡电荷，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动；
（3）由图可知高铁电池的优点有：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；
（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；
（6）根据Ksp[Fe（OH）3]=c（Fe3+）×c3（OH-）=4.0×10-38计算开始沉淀时c（OH-），再根据水的离子积计算溶液中c（H+），根据稀释定律计算需要盐酸的体积．

解答 解：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，左边烧杯只能生成三价铁，三价铁离子在碱溶液中沉淀下来，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$\frac{1A×600s}{96500C/mol}$，则理论消耗Zn为$\frac{1A×600s}{96500C/mol}$×$\frac{1}{2}$×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，
故答案为：2、10、3、2、9、5；
（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：减小高铁酸钾的溶解，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+）=$\frac{1{0}^{-14}}{2×1{0}^{-13}}$mol/L=0.05mol/L，根据稀释定律，需要盐酸的体积为$\frac{0.05mol/L×100mL}{2mol/L}$=2.5mL，
故答案为：2.5．

点评 本题考查原电池工作原理、物质制备工艺流程，侧重考查物质制备方法的分析应用，掌握物质性质和平衡移动原理以及化学电池工作原理是解题关键，（1）中电极反应式书写为难点，题目应该给出一定的信息，题目难度中等．

练习册系列答案
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A．被酸性高锰酸钾溶液氧化   B．与溴水发生加成反应
C．与溴发生取代反应         D．与氢气发生加成反应
定量方面（即消耗反应物的量的方面）：1mol C6H6与H2加成，Ⅰ需3mol，而Ⅱ需2mol．
②今发现C6H6还可能有另一种如图所示 的立体结构，该结构的二氯代物有3种．
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6．下列反应前后物质的总能量变化能用右图表示的是（　　）
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C．石灰石在高温下的分解反应D．盐酸与氢氧化钠溶液的反应

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