Question

【題目】高鐵酸鹽在能源、環保等方面有著廣泛的用途，高鐵酸鉀在異丙醇中溶解度非常小。濕法、干法制備高鐵酸鹽的原理如下表所示。

濕法	強堿性介質中，Fe(NO3)3與NaClO反應生成紫紅色高鐵酸鹽溶液
干法	Fe2O3、KNO3、KOH混合加熱共熔生成紫紅色高鐵酸鹽和KNO2等產物

(1)工業上用濕法制備高鐵酸鉀(K2FeO4)的流程如圖所示：

①洗滌粗品時選用異丙醇而不用水的理由是__________________________________。

②反應Ⅱ的離子方程式為__________________________________________________。

③已知25 ℃時Fe(OH)3的Ksp＝4.0×10－38，反應Ⅱ后的溶液中c(Fe3＋)＝4.0×10－5 mol/L，則需要調整pH＝_______ 時，開始生成Fe(OH)3(不考慮溶液體積的變化)。

(2)由流程圖可見，濕法制備高鐵酸鉀時，需先制得高鐵酸鈉，然后再向高鐵酸鈉中加入飽和KOH溶液，即可析出高鐵酸鉀，析出后溶液中c(K＋)<c(Na＋)。由以上信息可知______(填字母)。

A．高鐵酸鉀的溶解度比高鐵酸鈉大 　　B．Ksp(K2FeO4)<Ksp(Na2FeO4)

(3)干法制備K2FeO4的反應中氧化劑與還原劑的物質的量之比為__________________。

(4) 鋅-錳堿性電池以KOH溶液為電解液，電池總反應式為：

Zn（s）+2MnO2（s）+2H2O（l）═Zn（OH）2（s）+2MnOOH（s）。

Zn--K2FeO4 也可以組成堿性電池，與 Zn--MnO2電池類似。K2FeO4在電池中作正極材料，其電極反應式為__________________________________________________________，該電池總反應的離子方程式為___________________________________________________。

Answer 1

【答案】 減少高鐵酸鉀的溶解損失 3ClO－＋10OH－＋2Fe3＋===2FeO42-＋3Cl－＋5H2O 3 B 3∶1 FeO42-＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－ 2FeO42-＋8H2O＋3Zn===2Fe(OH)3＋3Zn(OH)2＋4OH－

【解析】試題分析：本題以高鐵酸鉀的制備為載體，考查離子方程式的書寫，氧化還原反應的計算，溶度積的計算及應用，原電池的工作原理。

（1）①因為高鐵酸鉀在異丙醇中溶解度非常小，洗滌粗品時選用異丙醇而不用水可減少高鐵酸鉀的溶解損失。

②根據流程，反應I為Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O，根據濕法制備高鐵酸鉀的反應原理，反應II為NaClO與Fe（NO3）3在堿性介質中生成紫紅色的高鐵酸鈉，Fe3+被氧化成FeO42-，ClO-被還原成Cl-，反應可寫成：ClO-+Fe3+→Cl-+FeO42-，Cl元素的化合價由+1價降至-1價，Fe元素的化合價由+3價升至+6價，根據元素化合價升降總數相等配平：3ClO-+2Fe3+→3Cl-+2FeO42-，結合溶液呈堿性、原子守恒、電荷守恒，寫出離子方程式為3ClO-+2Fe3++10OH-=3Cl-+2FeO42-+5H2O。

③要開始產生沉淀，離子積要達到Ksp，K sp=c（Fe3+）·c3（OH-）=4.010-38，c（OH-）==110-11mol/L，則c（H+）=110-3mol/L，pH=-lg c（H+）=3。

（2）濕法制備高鐵酸鉀時，需先制得高鐵酸鈉，然后再向高鐵酸鈉中加入飽和KOH溶液，即可析出高鐵酸鉀，析出后溶液中c(K＋)<c(Na＋)，說明高鐵酸鉀的溶解度比高鐵酸鈉小，Ksp(K2FeO4)<Ksp(Na2FeO4)，答案選B。

（3）干法制備K2FeO4的原理為：Fe2O3、KNO3、KOH混合加熱共熔生成紫紅色高鐵酸鉀和KNO2等產物；反應中Fe元素的化合價由Fe2O3中的+3價升高到高鐵酸鉀中的+6價，Fe2O3為還原劑；N元素的化合價由KNO3中的+5價降至KNO2中的+3價，KNO3為氧化劑；根據得失電子守恒，反應中氧化劑與還原劑的物質的量之比為3:1。

（4）K2FeO4在電池中作正極材料，在堿性電解液中，FeO42-被還原成Fe（OH）3，正極電極反應為FeO42-+3e-→Fe（OH）3，結合電解液呈堿性、原子守恒、電荷守恒，正極電極反應式為FeO42-+3e-+4H2O=Fe（OH）3+5OH-。Zn—K2FeO4 組成的堿性電池，與 Zn—MnO2電池類似，負極電極反應式為：Zn-2e-+2OH-=Zn（OH）2，將正極電極反應式和負極電極反應式相加消去電子得該電池總反應的離子方程式為2FeO42-＋8H2O＋3Zn=2Fe(OH)3＋3Zn(OH)2＋4OH－。