Question

11．高铁酸钠（Na₂FeO₄）是一种新型、高效的水处理剂，与水反应的化学方程式为：4Na₂FeO₄+10H₂O═4Fe（OH）₃+3O₂↑+8NaOH．电解制备 Na₂FeO₄ 装置示意图如图1．

（1）a是电源的负极（填“正”或“负”）．电解时，石墨电极附近溶液的碱性增强（填“增强”、“减弱”或“不变”）．
（2）铁电极的反应式为Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O．
（3）维持一定的电流强度和电解温度，NaOH起始浓度对Na₂FeO₄浓度影响如图2（电解液体积相同情况下进行实验）．
①电解3.0h内，随NaOH起始浓度增大，Na₂FeO₄浓度变化趋势是增大 （填“增大”、“不变”或“减小”）．
②当NaOH起始浓度为16mol•L^-1，1.0～2.0h内生成Na₂FeO₄的速率是8  mol•L^-1•h^-1
③A 点与B 点相比，n[Fe（OH）₃]：A＜  B （填“＞”、“=”或“＜”）
（4）提纯电解所得Na₂FeO₄，采用重结晶、过滤、洗涤、低温烘干的方法，则洗涤剂最好选用C 溶液（填标号）和异丙醇．
A．Fe（NO₃）₃B．NH₄ClC．CH₃COONa
（5）次氯酸钠氧化法也可以制得Na₂FeO₄．
己知 2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O （1）△H=akJ•mol^-1
NaCl（aq）+H₂O（1）═NaClO（aq）+H₂（g）△H=bkJ•mol^-1
4Na₂FeO₄（aq）+10H₂O（1）═4Fe（OH）₃（s）+3O₂（g）+8NaOH（aq）△H=c kJ•mol^-1
反应 2Fe（OH）₃（s）+3NaClO（aq）+4NaOH（aq）=2Na₂FeO₄（aq）+3NaCl（aq）+5H₂O（1）
的△H=$\frac{-c-3a-6b}{2}$kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）连接电源正极的电极为阳极，连接电源负极的电极为阴极，据此进行分析，考虑到溶液是碱性，要么是OH^-参与反应，要么是反应生成OH^-，据此写出阴极的电极方程式分析溶液的酸碱性；
（2）根据总反应分析，反应制备Na₂FeO₄，因此Fe电极是电极溶解，Fe在电解过程失去电子，生成FeO₄^2-，据此写出电极反应式；
（3）①根据图象，电解3.0h内，随NaOH起始浓度增大，Na₂FeO₄浓度变化趋势是增大；
②当NaOH起始浓度为16mol/L，根据图象分析，1.0～2.0h内生成Na₂FeO₄的浓度增量为△c=16-8=8mol/L，根据化学反应平均速率计算公式：$\overline{r}=\frac{△c}{△t}$计算；
③从元素角度分析，总量Fe元素一定，A点产生的Na₂FeO₄的量比B点产生的Na₂FeO₄的量多，则A点的Fe（OH）₃的量比B点的少，此时在浓碱溶解中，水解可以受到抑制；
（4）Na₂FeO₄易水解显碱性，因此洗涤Na₂FeO₄时需要抑制其水解，也就是需要使溶液保持碱性条件，可见只有醋酸钠是显碱性的；
（5）根据盖斯定律求解方程式的焓变．

解答 解：（1）与b相连的Fe极是Fe失电子发生氧化反应，则b是电源正极，a是电源负极，电解时，石墨电极是阴极，考虑到溶液是碱性，电极方程式应为2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，反应生成了OH^-，则溶液的碱性增强，
故答案为：负；增强；
（2）反应制备Na₂FeO₄，因此Fe电极是电极溶解，Fe在电解过程失去电子，生成FeO₄^2-，则Fe极的电极反应式应为Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O，
故答案为：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O；
（3）①根据图象，电解3.0h内，随NaOH起始浓度增大，Na₂FeO₄浓度变化趋势是增大，
故答案为：增大；
②根据图象，当NaOH起始浓度为16mol/L，根据图象分析，1.0～2.0h内生成Na₂FeO₄的浓度增量为△c=16-8=8mol/L，经历时间为△t=2.0-1.0=1.0h，则生成Na₂FeO₄的速率为$\overline{r}=\frac{△c}{△t}$=$\frac{8mol}{1h}$=8mol/（L•h），
故答案为：8；
③从元素角度分析，总量Fe元素一定，A点产生的Na₂FeO₄的量比B点产生的Na₂FeO₄的量多，则A点的Fe（OH）₃的量比B点的少，
故答案为：＜；
（4）考虑到Na₂FeO₄易水解显碱性，洗涤Na₂FeO₄时需要抑制其水解，也就是需要使溶液保持碱性条件，备选物质中，只有醋酸钠水解使溶液显碱性，符合要求，
故选C；
（5）已知：①2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O （1）△H₁=akJ/mol，
                  ②NaCl（aq）+H₂O（1）═NaClO（aq）+H₂（g）△H₂=bkJ/mol，
                  ③4Na₂FeO₄（aq）+10H₂O（1）═4Fe（OH）₃（s）+3O₂（g）+8NaOH（aq）△H₂=c kJ/mol，
所求反应为2Fe（OH）₃（s）+3NaClO（aq）+4NaOH（aq）=2Na₂FeO₄（aq）+3NaCl（aq）+5H₂O（1），该反应可由$\frac{-③-3×①-6×②}{2}$得到，根据盖斯定律，所求反应的焓变为△H=$\frac{-△{H}_{3}-3△{H}_{1}-6△{H}_{2}}{2}$=$\frac{-c-3a-6b}{2}$kJ/mol．
故答案为：$\frac{-c-3a-6b}{2}$．

点评 本题考查化学原理部分知识，包含电解池，电解原理，电极反应式的书写，化学反应速率计算，盐类水解，热化学知识．题目考查综合，涉及的知识点较多，难度中等，是中档题．