Question

高铁酸盐在能源、环保等方面有着广泛的用途．湿法、干法制备高铁酸盐的原理如下表所示．

湿法	强碱性介质中，Fe（NO3）3与NaClO反应生成紫红色高铁酸盐溶液
干法	Fe2O3、KNO3、KOH混合加热共熔生成紫红色高铁酸盐和KNO2等产物

（1）工业上用湿法制备高铁酸钾（K₂FeO₄）的流程如图所示：

①洗涤粗品时选用异丙醇而不用水的理由是：

 

．
②反应Ⅱ的离子方程式为

 

．
③高铁酸钾在水中既能消毒杀菌，又能净水，是一种理想的水处理剂．它能消毒杀菌是因为

 

，它能净水的原因是

 

．
④已知25℃时Fe（OH）₃的Ksp=4.0×10^-38，反应Ⅱ后的溶液中c（Fe³⁺）=4.0×10^-5mol/L，则需要调整
pH=

 

时，开始生成Fe（OH）₃（不考虑溶液体积的变化）．
（2）由流程图可见，湿法制备高铁酸钾时，需先制得高铁酸钠，然后再向高铁酸钠中加入饱和KOH溶液，即可析出高铁酸钾．①加入饱和KOH溶液的目的是：

 

．②由以上信息可知：高铁酸钾的溶解度比高铁酸钠

 

（填“大”或“小”）．
（3）干法制备K₂FeO₄的反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为

 

．
（4）高铁电池是正在研制中的可充电干电池，高铁电池具有工作电压稳定，放电时间长等优点，有人以高铁酸钾、二氧化硫和三氧化硫原料，以硫酸酸钾为电解质，用惰性电极设计成高温下使用的电池，写出该电池正极电极反应式：

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,常见化学电源的种类及其工作原理,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质,物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：（1）①高铁酸钾溶于水，不溶于异丙醇，减少产品的损耗；
②根据物质的性质写出反应的化学方程式，反应Ⅱ是次氯酸根离子在碱溶液中把铁离子氧化为高铁酸根离子；
③高铁酸钾在水中能消毒杀菌是因为有强氧化性，净水的原因是高铁酸钾的还原产物水解产生的Fe（OH）₃胶体，有吸附性；
④依据溶度积常数和铁离子浓度计算氢氧根离子浓度，结合离子积常数计算氢离子浓度得到铁离子沉淀的PH；
（2）①加入饱和KOH溶液增大反应物的浓度，使平衡右移；
②湿法制备高铁酸钾时，需先制得高铁酸钠，然后再向高铁酸钠中加入饱和KOH溶液，即可析出高铁酸钾，说明高铁酸钾溶解度小；
（3）根据含元素化合价升高的物质为还原剂，含元素化合价降低的物质为氧化剂，并利用化学反应方程式中的化学计量数来分析氧化剂与还原剂的物质的量之比；
（4）依据原电池原理分析判断，负极上是发生氧化反应，正极上是得电子发生还原反应，高铁酸根离子被二氧化硫还原为铁离子，结合电解质溶液书写电极反应；

解答： 解：（1）①洗涤粗品时选用异丙醇而不用水的理由是，高铁酸钾易溶于水，难溶于异丙醇，可以减少高铁酸钾的损耗；
故答案为：减少高铁酸钾的溶解损失；
②ClO^-在碱性条件下可将Fe³⁺氧化为FeO₄^2-，反应方程式为，3ClO^-+10OH^-+2Fe³⁺=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
故答案为：3ClO^-+10OH^-+2Fe³⁺=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
③高铁酸钾（K₂FeO₄）在水中能消毒杀菌是因为有强氧化性，净水的原因是高铁酸钾的还原产物水解产生的Fe（OH）₃胶体，有吸附性，使水澄清起净水作用，
故答案为：高铁酸钾（K₂FeO₄）有强氧化性；高铁酸钾的还原产物水解产生的Fe（OH）₃胶体，有吸附性（有絮凝作用），使水澄清起净水作用．
④25℃时Fe（OH）₃的Ksp=4.0×10^-38，反应Ⅱ后的溶液中c（Fe³⁺）=4.0×10^-5mol/L，Ksp=c（Fe³⁺）×c³（OH^-），c³（OH^-）=

4.0×10-38

4.0×10-5

=10^-33；c（OH^-）=10^-11mol/L
c（H⁺）=

10-14

10-11

=10^-3mol/L，铁离子沉淀的溶液PH=3；
故答案为：3；
（2）①加入饱和KOH溶液增大反应物K⁺的浓度，使平衡右移，促进K₂FeO₄晶体析出．
故答案为：增大K⁺浓度，促进K₂FeO₄晶体析出．
  ②流程分析可知，湿法制备高铁酸钾时，需先制得高铁酸钠，然后再向高铁酸钠中加入饱和KOH溶液，即可析出高铁酸钾，说明高铁酸钠溶解度大于高铁酸钾溶解度，高铁酸钾的溶解度比高铁酸钠小；
故答案为：小；
（3）Fe₂O₃+3KNO₃+4KOH═2K₂FeO₄+3KNO₂+2H₂O，氮元素的化合价降低，铁元素的化合价升高，则KNO₃为氧化剂，Fe₂O₃为还原剂，氧化剂与还原剂的物质的量之比为3：1，故答案为：3：1；
（4）以高铁酸钾、二氧化硫和三氧化硫原料，以硫酸酸钾为电解质，用惰性电极设计成高温下使用的电池，高铁酸根离子得到电子生成铁离子，用传导离子硫酸根离子配平电极反应，该电池正极电极反应式：2FeO₄^2-+6e^-+8SO₃═Fe³⁺+8SO₄^2-；
故答案为：2FeO₄^2-+6e^-+8SO₃═Fe³⁺+8SO₄^2-；

点评：本题考查氧化还原反应，离子方程式、原电池电极反应的书写，化学平衡的移动，明确利用元素的化合价变化来分析氧化剂、还原剂时解答的关键，题目难度中等．