Question

【題目】鐵、鈷(Co)、鎳(Ni)是同族元素，都是較活潑的金屬，它們的化合物在工業上有重要的應用。

（1）Fe2(SO4)3和明礬一樣也具有凈水作用，其凈水的原理是__________________（用離子方程式表示）。

（2）已知某溶液中，Co2＋、Ni2＋的濃度分別為0.6 mol/L和1.2 mol/L ，取一定量的該溶液，向其中滴加NaOH溶液，當Co(OH)2開始沉淀時，溶液中 的值等于_____。

（已知Ksp[Co(OH)2]＝6.0×10－15，Ksp[Ni(OH)2]＝2.0×10－15）

（3）高鐵酸鉀（K2FeO4）是一種新型、高效、多功能水處理劑，且不會造成二次污染。

已知高鐵酸鹽熱穩定性差，工業上用濕法制備K2FeO4的流程如下圖所示：

①上述氧化過程中，發生反應的離子方程式是： _________________________，

在實際生產中一般控制反應溫度30℃以下，其原因是：

________________________________________________________。

②反應③加入濃KOH溶液可析出高鐵酸鉀（K2FeO4），這說明________________。

③某溫度下，將Cl2通入NaOH溶液中，反應后得到NaCl、NaClO、NaClO3的混合溶液， 經測定ClO－與ClO3－離子的物質的量之比是1：2，則Cl2與氫氧化鈉反應時，被還原的氯元素和被氧化的氯元素的物質的量之比為______________。

（4）工業上還可用通過電解濃NaOH溶液制備Na2FeO4，其工作原理如下圖所示：陽極的電極反應式為___________________；其中可循環使用的物質____________。

Answer 1

【答案】 Fe3++3H2OFe(OH)3(膠體)+3H+ 3 2Fe(OH)3+3ClO－+4OH－=2FeO42-+3Cl－+5H2O 防止生成的高鐵酸鈉發生分解 該溫度下，高鐵酸鉀的溶解度比高鐵酸鈉的溶解度小 11：3 Fe+8OH－-6e-=FeO42-+4H2O NaOH溶液

【解析】(1)三價鐵離子水解產生氫氧化鐵膠體，離子方程式為：Fe3++3H2OFe(OH)3(膠體)+3H+，膠體表面積大，吸附能力強，達到凈水目的；
(2)Ksp[Co(OH)2]=6.0×10-15，Ksp[Ni(OH)2]=2.0×10-15，對于同種類型的沉淀，Ksp越小，越難溶，
則在滴加氫氧化鈉溶液的過程中，二價鎳離子先沉淀，Ni2++2OH-=Ni(OH)2↓，當Co2+開始沉淀時，溶液中存在兩個溶解平衡：CO(OH)2CO2++2OH-，Ni(OH)2Ni2++2OH-，根據Ksp[Co(OH)2]計算出此時溶液中c(OH-)，c(OH-)===10-7mol/L，則溶液中剩下的鎳離子濃度c(Ni2+)===0.2mol/L，溶液中==3；

(3)①氯氣與氫氧化鈉反應產生強氧化劑次氯酸鈉，硝酸鐵水解產生氫氧化鐵膠體，次氯酸鈉將氫氧化鐵氧化成高鐵酸鈉，離子方程式為：2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O；已知高鐵酸鹽熱穩定性差，在實際生產中一般控制反應溫度30℃以下，其原因是防止生成的高鐵酸鈉發生分解；
②加入濃KOH溶液可析出高鐵酸鉀(K2FeO4)，說明該溫度下，高鐵酸鉀的溶解度比高鐵酸鈉的溶解度小；
③Cl2生成ClO-與ClO3-是被氧化的過程，化合價分別由0價升高為+1價和+5價，經測定ClO-和ClO3-物質的量之比為1∶2，則可設ClO-為1mol，ClO3-為2mol，被氧化的氯元素的物質的量為：1mol+2mol=3mol，根據化合價變化可知，反應中失去電子的總物質的量為：1mol×(1-0)+2mol×(5-0)=11mol，氧化還原反應中得失電子數目一定相等，則該反應中失去電子的物質的量也是11mol，Cl2生成KCl是被還原的過程，化合價由0價降低為-1價，則被還原的Cl的物質的量為：=11mol，所以被還原的氯元素和被氧化的氯元素的物質的量之比為11mol：3mol=11∶3；
(4)陽極是鐵，故陽極上鐵放電生成FeO42-，由于是堿性環境，故電極方程式為：Fe+8OH--6e-=FeO42-+4H2O，在電解時，水電離的H+在陰極放電：2H++2e-=H2↑，c(OH-)增大，Na+通過陽離子交換膜進入陰極區，使陰極區c(NaOH)增大，故NaOH可以循環使用。