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（ K2FeO4）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10min，理论消耗Zn0.2g（已知F=96500C/mol）．
（2）盐桥中盛有饱和KC1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K2FeO4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，其中氧化剂是NaClO（填化学式）．
（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/Ll00mL FeCl3溶液，为使配制过程中不出现浑浊现象，则至少需要加入2.5mL2mol/L的盐酸（忽略加入盐酸体积）．

分析 Ⅰ．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．
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，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；所含元素化合价降低的反应物是氧化剂；
（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，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-；02；
（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，NaClO是氧化剂，
故答案为：2、10、3、2、9、5；NaClO；
所含元素化合价降低的反应物是氧化剂；
（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+）=$\frac{10{\;}^{-14}}{2×10{\;}^{-13}}$mol/L=0.05mol/L，根据稀释定律，需要盐酸的体积$\frac{0.05mol/L×100mL}{2mol/L}$=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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2．取少量Fe2O3粉末（红棕色）加入适量盐酸，发生反应的化学方程式为Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O．反应后得到的FeCl3溶液呈棕黄色．用此饱和溶液进行以下实验：
（1）取少量溶液置于试管中，滴入NaOH溶液，可观察到有红褐色沉淀生成，反应的化学方程式为：FeCl3+3NaOH═3NaCl+Fe（OH）3↓．
（2）在小烧杯中加入20mL蒸馏水，加热至沸腾后，向沸水中滴入几滴FeCl3溶液，继续煮沸至溶液呈红褐色，即可制得Fe（OH）3　胶体．
（3）取少量Fe（OH）3胶体于试管中，逐滴加入稀盐酸，现象是先产生红褐色沉淀；接着沉淀又消失生成棕黄色溶液，试解释此现象，并写出有关的化学方程式先发生聚沉得到红褐色沉淀，后发生Fe（OH）3+3HCl=FeCl3+3H2O得到棕黄色溶液．
3．工业上生产高氯酸时，还同时生产了一种常见的重要含氯消毒剂和漂白剂亚氯酸钠（NaClO2），其工艺流程如下：

已知：
①NaHSO4溶解度随温度的升高而增大，适当条件下可结晶析出．
②高氯酸是至今为止人们已知酸中的最强酸，沸点90℃．
请回答下列问题：
（1）反应器Ⅰ中发生反应的化学方程式为3NaClO3+3H2SO4=HClO4+2ClO2↑+3NaHSO4+H2O，冷却的目的是降低NaHSO4的溶解度，使NaHSO4结晶析出．
（2）反应器Ⅱ中发生反应的离子方程式为2ClO2+SO2+4OH-═2ClO2-+SO42-+2H2O．
（3）通入反应器Ⅱ中的SO2用H2O2代替同样能生成NaClO2，请简要说明双氧水在反应中能代替SO2的原因是H2O2有还原性也能把ClO2还原为NaClO2．
（4）Ca（ClO）2、ClO2、NaClO2等含氯化合物都是常用的消毒剂和漂白剂，请写出工业上生产漂白粉的离子方程式：Cl2+Ca（OH）2=ClO-+Cl-+Ca2++H2O．
（5）“有效氯含量”可用来衡量含氯消毒剂的消毒能力，其定义是：每克含氯消毒剂的氧化能力相当于多少克Cl2的氧化能力．ClO2的有效氯含量为2.63g．（结果保留两位小数）
20．有CH4和CO2的混合气体18.8g，将混合气体通过含有足量澄清石灰水的洗气瓶，生成20g白色沉淀，再通过装有浓硫酸的洗气瓶，收集到的气体体积为14L（标准状况）．
（1）原混合气体中CH4的质量是10g；
（2）原混合气体中CH4的物质的量比CO2多0.425mol；
（3）原混合气体中碳原子数目是0.825NA（用NA表示阿伏伽德罗常数的数值）
5．砷（As）是第四周期第VA族元素，它在自然界中的含量不高，但人类认识它、研究它的历史却很长．
（1）已知H3AsO3是两性偏酸性的化合物，则H3AsO3中As的化合价为+3．它与硫酸反应时生成盐的化学式为As2（SO4）3．NaHAsO3溶液呈碱性，原因是HAsO32-+H2O?H2AsO3-+OH-（用离子方程式表示），该溶液中c（H2AsO3-）＞C（AsO33-）（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）砷在自然界中主要以硫化物形式（如雄黄As4S4、雌黄As2S3等）存在．
①工业上以雄黄为原料制备砷的过程是先在空气中煅烧使其转化为砒霜（As2S3），然后用焦炭还原，写出煅烧时发生反应的化学方程式：As4S4+7O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2As2O3+4SO2．砒霜有剧毒，卫生防疫分析中鉴定砷的方法是先将试样与锌、硫酸混合在一起反应，将生成的气体（AsH3）导入到热玻璃管中，根据玻璃管产生的现象判断试样中是否含有砷的化合物，写出砒霜转化为AsH3的化学方程式：As2O3+6Zn+6H2SO4=2AsH3↑+6ZnSO4+3H2O．
②雌黄可被浓硝酸氧化为H3AsO4与S，硝酸被还原为NO2，反应中还原剂与氧化剂物质的量之比为1：10．
（3）已知砷酸（H3AsO4）是三元酸，有较强的氧化性．
①常温下砷酸的K1=6×10-3、K2=1×10-7，则0.6mol/L的砷酸溶液中c（H+）约为0.06mol/L．
②某原电池装置如图所示，电池总反应为AsO43-+2I-+H2O═AsO33-+I2+2OH-．当P池中溶液由无色变成蓝色时，正极上的电极反应式为AsO43-+H2O+2e-=AsO33-+2OH-．当电流计指针归中后向Q池中加入一定量的NaOH，则电子由Q（填“P”或“Q”）池中的电流流出．
15．钡盐生产中排出大量的钡泥[主要含BaCO3、BaSO3、Ba（FeO2）2等]，某主要生产BaCO3的化工厂利用钡泥制取Ba（NO3）2晶体及其他副产物，其部分工艺流程如图：

已知：i Fe（OH）3和Fe（OH）2完全沉淀时，溶液的pH分别为3.2和9.7．
ii Ba（NO3）2在热水中溶解度较大，在冷水中溶解度较小．
iii KSP（BaSO4）=1.1×10-10，KSP（BaCO3）=5.1×10-9．
（1）Ba（FeO2）2中Fe的化合价是+3．
（2）二氧化碳与水作用形成的碳酸在水中的电离常数Ka1=4.2×10-7，Ka2=5.6×10-11；次氯酸在水中的电离常数Ka=4.7×10-8．写出向“84消毒液”（主要成分为氯化钠和次氯酸钠）中通入二氧化碳发生反应的离子方程式ClO-+CO2+H2O=HClO+HCO3-．
（3）该厂生产的BaCO3因含有少量BaSO4而不纯，提纯的方法是：将产品加入足量的饱和Na2CO3溶液中，充分搅拌，过滤，洗涤．用离子方程式和必要的文字说明提纯原理：BaSO4（s）+CO32-（aq）?BaCO3（s）+SO42-（aq）．
（4）上述流程酸溶时，Ba（FeO2）2与HNO3反应生成两种硝酸盐，化学方程式为：Ba（FeO2）2+8HNO3═Ba（NO3）2+2Fe（NO3）3+4H2O．
（5）该厂结合本厂实际，选用的X为③（从下列选项中选择）；废渣2为Fe（OH）3（写出化学式）．
①BaCl2   ②Ba（NO3）2   ③BaCO3   ④Ba（OH）2
（6）过滤3后的母液应循环到容器c中．（填“a”、“b”或“c”）
（7）称取w g晶体溶于蒸馏水，加入足量的硫酸，充分反应后，过滤、洗涤、干燥，称量沉淀质量为m g，则该Ba（NO3）2的纯度为$\frac{261m}{233w}$×100%．
2．W、X、Y是短周期中的三种常见元素，其原子序数依次增大．W、Y的氧化物是导致酸雨的主要物质，X的基态原子核外有7个原子轨道填充了电子．
（1）W位于元素周期表第二周期第VA族．W的气态氢化物稳定H2O（g）弱（填“强”或“弱”）．
（2）Y的基态原子核外电子排布式是1s22s22p63s23p4，Y的第一电离能X大（填“大”或“小”）．
（3）已知：
Fe（s）+$\frac{1}{2}$O2（g）=FeO（s）△H=-272.0kJ•mol-1
2X（s）+$\frac{3}{2}$O2（g）=X2O3（s）△H=-1675.7kJ•mol-1   
则：X的单质和FeO反应的热化学方程式是3FeO（s）+2Al（s）=Al2O3（s）+3Fe（s）△H=-859.7KJ/mol．
19．甲烷在一定条件下可生成以下微粒：
A． 碳正离子（CH3+ ）               B．碳负离子（CH3-）
C． 甲基 （-CH3）                 D．碳烯 （：CH2）
①四种微粒中，键角为120°的是A（填序号）．
②碳负离子（CH3-）的空间构型为三角锥形，与CH3-互为等电子体的一种分子
是NH3（填化学式）
20．标准状况下VL氨气溶解在1L水中（水的密度近似为1g/ml），所得溶液的密度为p g/ml，质量分数为W，物质的量浓度为c mol/L，则下列关系中不正确的是（　　）
A．p=$\frac{17V+22400}{22.422.4V}$B．W=$\frac{17c}{ρ}$
C．$\frac{17V}{17V+22400}$=WD．C=$\frac{1000Vρ}{17V+22400}$

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