Question

6．高铁酸盐在环保、能源等方面有着广泛的用途．
Ⅰ．高铁酸钾（K₂FeO₄）具有强氧化性，是一种理想的水处理剂，试解释其原因高铁酸钾具有强氧化性，能起到杀菌、消毒作用，产生Fe³⁺能水解生成Fe（OH）₃胶体，能起到净水作用．
Ⅱ．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FeO₄^2-+4H₂O+3e^-=Fe（OH）₃↓+5OH^-．
（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．
Ⅲ．工业上湿法制备K₂FeO₄的工艺流程如图3．

（1）完成“氧化”过程中反应的化学方程式：
2FeC1₃+3NaC1O+10NaOH=2Na₂FeO₄+9NaCl+5H₂O
（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．
（3）己知25℃时K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，此温度下若在实验室中配制5mol/L 100mLFeC1₃溶液，为使配制过程中不出现浑浊现象，则至少需要加入2.5mL2mol/L的盐酸（忽略加入盐酸体积）．

Answer 1

分析 I．K₂FeO₄的强氧化性，可杀菌消毒，还原产物铁离子水解生成胶体；
Ⅱ．（1）由图可知，Zn为负极，C为正极，正极上发生还原反应；
（2）原电池中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动；
（3）由图可知，高铁电池放电时间长，寿命长；
Ⅲ．由湿法制备的工艺流程可知，氯化铁溶液中加入次氯酸钠和氢氧化钠，发生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Fe元素化合价升高，Cl元素的化合价降低，结合电子、原子守恒配平方程式；
（2）加入饱和KOH溶液可以增大K⁺的浓度，使平衡向右移动；
（3）若不出现浑浊现象，则c（Fe³⁺）×C³（OH^-）≤K_sp[Fe（OH）₃]，代入有关数据后可求出c（OH^-），进而计算c（H⁺），结合溶液稀释前后溶质的物质的量不变计算该题．

解答 解：I．高铁酸钾（K₂FeO₄）具有强氧化性，是一种理想的水处理剂，其原因为高铁酸钾具有强氧化性，能起到杀菌、消毒作用，产生Fe³⁺能水解生成Fe（OH）₃胶体，能起到净水作用，
故答案为：高铁酸钾具有强氧化性，能起到杀菌、消毒作用，产生Fe³⁺能水解生成Fe（OH）₃胶体，能起到净水作用；
Ⅱ．（1）由图可知，Zn为负极，C为正极，该电池放电时正极的电极反应式为FeO₄^2-+4H₂O+3e^-=Fe（OH）₃↓+5OH^-，
故答案为：FeO₄^2-+4H₂O+3e^-=Fe（OH）₃↓+5OH^-；
（2）原电池中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，则盐桥中盛有饱和KCl溶液，此盐桥中氯离子向右移动，若用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2这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，
故答案为：使用时间长、工作电压稳定；
Ⅲ．（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+3NaClO+10NaOH=2Na₂FeO₄+9NaCl+5H₂O，
故答案为：2；3；10；2；9；5；
（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，则加入饱和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，
故答案为：减小高铁酸钾的溶解，促进高铁酸钾晶体析出；（1）2FeC1₃+3NaC1O+10NaOH=2NaFeO₄+9NaCl+5H₂O（2分）
（3）若不出现浑浊现象，则c（Fe³⁺）×C³（OH^-）≤K_sp[Fe（OH）₃]，则c（OH^-）≤$\root{3}{\frac{4.0×1{0}^{-38}}{5}}$=2×10^-13mol/L，c（H⁺）≥0.05mol/L，则加入盐酸的体积至少为$\frac{0.1L×0.05mol/L}{2mol/L}$=0.0025L=2.5mL，
故答案为：2.5．

点评 本题考查物质的制备实验，为高频考点，把握制备流程中的反应、混合物分离提纯、原电池及氧化还原反应、Ksp计算等为解答的关键，侧重分析与实验能力的考查，综合性较强，题目难度中等．