Question

新型超铁电池的电极材料A是仅由K、Fe、O三种元素组成的暗紫色化合物，具有强氧化性．在常温和干燥的条件下，化合物A可以稳定的存在，但它在水溶液中不稳定，一段时间后转化为红褐色沉淀，同时产生一种气体单质．为探究其成分，某学习兴趣小组的同学取化合物A粉末进行如图实验：

根据上述实验过程回答下列问题：
（1）化合物A的化学式为

 

；气体单质B的分子式为

 

．
（2）化合物A与H₂O反应的化学方程式为：

 

．
（3）目前，人们针对化合物A的稳定性进行了大量的探索，并取得了一定的进展．下列物质中有可能提高化合物A水溶液稳定性的是

 

．
A．苯酚       B．KOH   C．亚硫酸钠   D．Fe（NO₃）₃
（4）制备化合物A有多种方法：

①工业上常用电解法．装置如图1，其中铁片作阳极，KOH溶液作为电解质溶液，写出阳极的电极反应式：

 

．
②实验室以次氯酸盐和氢氧化铁为原料，在强碱条件下制备少量A．如图2为制备次氯酸钾强碱性饱和溶液的装置图，反应过程中和保存饱和次氯酸钾中用冷水浴冷却的原因是

 

，写出合成高铁酸钾的离子方程式：

 

．

Answer 1

考点：探究物质的组成或测量物质的含量

专题：实验探究和数据处理题

分析：（1）红棕色粉末为氧化铁，不含结晶水的盐为硫酸钾，根据数据计算出A中仅含有O、K、Fe三种元素的个数比，即得A的化学式；A不稳定，生成的红褐色沉淀为氢氧化铁，气体单质只能是氧气；
（2）K₂FeO₄中铁元素化合价为+6价，价态高，+6价的Fe元素易得电子表现出强氧化性，据此写出即可；
（3）根据提给信息：在常温和干燥的条件下，化合物A可以稳定的存在，但它在水溶液中不稳定等分析如何提高A水溶液稳定性；
（4）已知反应物和生成物，书写方程式时要根据原子守恒和电荷守恒．

解答： 解：（1）红棕色固体粉末为氧化铁，3.96g化合物A含铁：

1.6g

160g/mol

×2=0.02mol，含钾：

10.44g

174g/mol

×2-0.08mol=0.04mol，
含氧：

3.96g-0.02mol×56g/mol-0.04×39g/mol

16g/mol

=0.08mol，钾、铁、氧的个数比为：0.04mol：0.02mol：0.08mol=2：1：4，故A的化学式为：K₂FeO₄；高铁酸钾与水反应生成氧气和Fe（OH）₃、氢氧化钾，
故答案为：K₂FeO₄；O₂；
（2）高铁酸钾与水反应生成氧气和Fe（OH）₃、氢氧化钾，反应方程式为：4K₂FeO₄+10H₂O=4Fe（OH）₃+8KOH+3O₂↑，
故答案为：4K₂FeO₄+10H₂O=4Fe（OH）₃↓+3O₂↑+8KOH；
（3）A．亚硫酸钠具有还原性，会被高铁酸钾氧化，故A错误；
B．高铁酸钾在碱性条件下生成，故B正确；
C．高铁酸钾在水溶液中不稳定，与酸反应，故C错误；
D．在常温和干燥的条件下，高铁酸钾可以稳定的存在，但它在水溶液中不稳定，故D错误；
故答案为：B；
（4）①铁失去电子，在碱性溶液中生成高铁酸根离子，同时有水生成，阳极反应为Fe-6e^-+8OH^-═FeO₄^2-+4H₂O，故答案为：Fe-6e^-+8OH^-═FeO₄^2-+4H₂O；
②如图2为制备次氯酸钾强碱性饱和溶液的装置图，反应过程中和保存饱和次氯酸钾中用冷水浴冷却，防止温度升高时，反应生成氯酸钾（6KOH+3Cl₂

△   .

5KCl+KClO₃+3H₂O），降低了次氯酸钾的产量；合成高铁酸钾的离子方程式：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
故答案为：防止温度升高时，反应生成氯酸钾（6KOH+3Cl₂

△   .

5KCl+KClO₃+3H₂O），降低了次氯酸钾的产量；2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．

点评：本题考查学生阅读题目获取信息的能力、计算能力、设计实验能力等，题目较难，需要学生具有扎实的基础知识与灵活运用知识解决问题的能力．