Question

【題目】鐵及其化合物在日常生活中有廣泛的應用，回答下列問題。

(1)用K2FeO4給水消毒、殺菌時得到的Fe3+可以凈水，Fe3+凈水原因是____________(用離子方程式表示)；但Fe3+凈水要腐蝕設備，在腐蝕鋼鐵設備時，除H+作用外，另一主要原因是________________________________。

(2)鋼鐵腐蝕造成很大損失，用如圖裝置防止鋼鐵腐蝕(燒杯中均為食鹽水)，X極的電極材料應是________________(填字母)。

A、鋅 B、銅 C、銀 D、石墨

(3)高鐵電池是一種新型的二次電池，電解液為堿性溶液，其反應式如下：

3Zn + 2K2FeO4 + 8H2O3Zn(OH)2 + 2Fe(OH)3 + 4KOH

①寫出該電池放電時的正極反應式______________________________。

②如圖為高鐵電池和常用的高能堿性電池的放電曲線，由此可得出高鐵電池的優點有______。

(4)從保護環境的角度考慮，制備K2FeO4較好的方法為電解法，其裝置如圖所示。

①石墨做電解池的______極(填“陰”或“陽”)，溶液中OH-向_____移動(填“鐵絲網”或“石墨”)

②電解過程中陽極的電極反應式為______________________________。

③若維持電流強度為6A，電解5小時，理論上可制得K2FeO4的質量為_________g(已知F=96500 C/mol，結果保留1位小數)

(5)已知25℃時Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38，此溫度下若在實驗室中配制5 mol/L 500 mL FeCl3溶液，為使配制過程中不出現渾濁現象，則至少需要加入____mL 2 mol/L的鹽酸(滴加鹽酸前后，溶液總體積不變)。

Answer 1

【答案】Fe3+ +3H2OFe(OH)3(膠體)+3H+ 2Fe3+ + Fe = 3Fe2+ A FeO42- + 3e- + 4H2O = Fe(OH)3 + 5OH- 使用時間長；工作電壓穩定 陰 鐵絲網 Fe - 6e- + 8OH- = FeO42- + 4H2O 36.9 g 12.5

【解析】

本題主要考查原電池、電解池的相關知識，由金屬的活潑性確定原電池的正負極、電解池的陰陽極，或者由元素的化合價升降確定正負極和陰陽極。

（1）高鐵酸鉀被還原后的產物Fe3+水解生成的Fe（OH）3膠體粒子能吸附水中的懸浮雜質，可起到凈水的作用，Fe3+水解離子方程式為：Fe3++3H2OFe（OH）3（膠體）+3H+，故答案為Fe3++3H2OFe（OH）3（膠體）+3H+；

鐵離子具有氧化性，鋼鐵設備中的Fe會與鐵離子反應生成亞鐵離子，離子方程式是：2Fe3++Fe=3Fe2+，故答案為2Fe3++Fe=3Fe2+；

（2）裝置為原電池，若用如圖裝置保護鐵，X極的電極材料應比鐵活潑，可以選擇鋅，故答案為A；

（3）①放電時，正極得到電子發生還原反應，FeO42-獲得電子生成Fe（OH）3，應有水參與反應，同時生成氫氧根離子，正極電極反應式為：FeO42- + 3e- + 4H2O = Fe(OH)3 + 5OH-；

故答案為FeO42- + 3e- + 4H2O = Fe(OH)3 + 5OH-；

②由圖可知，高鐵電池的優點有放電時間長，工作電壓穩定等優點；

故答案為使用時間長；工作電壓穩定；

（4）①圖為電解池，鐵是活潑金屬失去電子發生氧化反應，作為電解池的陽極，石墨得到電子發生還原反應，作為陰極，溶液中的陰離子向陽極移動，陽離子向陰極移動，故OH-向陽極即鐵絲網移動，故答案為陰；鐵絲網；

②K2FeO4能消毒、凈水的原因是高價鐵具有氧化性，能消毒殺菌，生成Fe3+形成膠體，具有吸附水中懸浮物的凈水作用，電解時陽極Fe失去電子發生氧化反應，陽極的電極反應式為Fe - 6e- + 8OH- = FeO42- + 4H2O，故答案為Fe - 6e- + 8OH- = FeO42- + 4H2O；

③維持電流強度為6A，電解5小時，時間為18000s，F=96500 C/mol，Q=It=6C/s×18000s，通過的電子為，則理論上可制得K2FeO4的最大質量=≈36.9g，

故答案為36.9g；

（5）要使溶液不產生沉淀，則溶液中c（OH-）==mol/L =2×10-13mol/L，溶液中c（H+）===0.05mol/L，加入稀鹽酸體積==12.5mL；

故答案為12.5mL。