Question

3．铁及其化合物在日常生活、生产中应用广泛．氯化铁和高铁酸钾都是常见的水处理剂．如图为制备氯化铁及进一步氧化制备高铁酸钾的工艺流程．

请回答下列问题：
（1）已知：①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）═2Fe（s）+3CO（g）△H=+489.0kJ•mol^-1
②C（石墨）+CO₂（g）═2CO（g）△H=+172.5kJ•mol^-1
用赤铁矿为原料在高炉炼铁过程中发生的主要反应为
Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5 kJ•mol^-1．
（2）吸收剂X的溶质为FeCl₂（写化学式）．
（3）氧化剂Y为“84消毒液”的有效成分，则在碱性条件下反应①的离子方程式为2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-═2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．
（4）过程②是在某低温下进行的，反应的化学方程式为2KOH+Na₂FeO₄═K₂FeO₄+2NaOH，说明此温度下K_sp（K₂FeO₄）＜K_sp（Na₂FeO₄）（填“＞”或“＜”）．假定此过程中Na₂FeO₄完全转化为K₂FeO₄，若最终制得粗产品K₂FeO₄ 206.25t，产品纯度为96%，则理论上至少需要氧化剂Y的质量是55.875t．
（5）高铁电池是一种新型二次电池，电解液为强碱溶液，其电池反应为
3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O$?_{放电}^{充电}$3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH
放电时电池的负极反应式为Zn+2OH^--2e^-═Zn（OH）₂．

Answer 1

分析 氯气与铁反应生成三氯化铁，冷却得到三氯化铁固体，尾气中含有氯气，用氯化亚铁溶液吸收得到氯化铁溶液，把氯化铁固体溶于吸收液得到浓氯化铁溶液，氯气与氢氧化钠溶液反应生成次氯酸钠溶液，次氯酸钠具有强氧化性，与氯化铁溶液反应生成Na₂FeO₄，然后向该溶液中加饱和的KOH溶液，析出固体K₂FeO₄．
（1）依据热化学方程式 和盖斯定律计算分析判断；
（2）从反应炉中排出的尾气是反应剩余的Cl₂，与吸收剂X反应生成FeCl₃溶液；
（3）“84消毒液”的有效成分为NaClO，与FeCl₃反应生成FeO₄^2-；
（4）从难溶电解质的沉淀转化的角度分析；根据方程式中物质之间的转化关系计算；
（5）高铁电池是一种新型二次电池，电解液为强碱溶液，放电时为原电池，Zn在负极失电子生成氢氧化锌．

解答 解：（1）①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJmol^-1
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJmol^-1
由盖斯定律①-②×3得到Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1，故答案为：-28.5；
（2）通过工艺流程图可知，从反应炉中排出的尾气是反应剩余的Cl₂，与吸收剂X在吸收塔中反应生成FeCl₃溶液，则吸收剂X应是FeCl₂溶液，
故答案为：FeCl₂；
（3）“84消毒液”的有效成分为NaClO，与FeCl₃反应生成FeO₄^2-、次氯酸钠被还原为氯离子，则反应的离子方程式为：2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-═2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
故答案为：2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-═2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
（4）根据反应Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄+2NaOH可知，反应生成溶解度更小的物质，说明此温度下K_sp（K₂FeO₄）＜K_sp（Na₂FeO₄）；
已知2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-═2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，2KOH+Na₂FeO₄═K₂FeO₄+2NaOH，
则 3NaClO～2Na₂FeO₄～2K₂FeO₄，
  3×74.5                           2×396
   m                                 206.25t×96%
则m=$\frac{3×74.5×206.25t×96%}{2×396}$=55.875t；
故答案为：＜；55.875；
（5）高铁电池是一种新型二次电池，电解液为强碱溶液，放电时为原电池，Zn在负极失电子生成氢氧化锌，则负极的电极反应式为：Zn+2OH^--2e^-═Zn（OH）₂；
故答案为：Zn+2OH^--2e^-═Zn（OH）₂．

点评 本题考查了物质的制备流程的理解应用、实验基本操作、物质性质的分析应用、反应热的计算、电极方程式的书写等，为高考常见题型，题目涉及的知识点较多，侧重于考查学生的实验能力和对基础知识的综合应用能力，题目难度中等．