Question

【题目】铁及其化合物在日常生活中有广泛的应用，回答下列问题。

(1)用K2FeO4给水消毒、杀菌时得到的Fe3+可以净水，Fe3+净水原因是____________(用离子方程式表示)；但Fe3+净水要腐蚀设备，在腐蚀钢铁设备时，除H+作用外，另一主要原因是________________________________。

(2)钢铁腐蚀造成很大损失，用如图装置防止钢铁腐蚀(烧杯中均为食盐水)，X极的电极材料应是________________(填字母)。

A、锌 B、铜 C、银 D、石墨

(3)高铁电池是一种新型的二次电池，电解液为碱性溶液，其反应式如下：

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

①写出该电池放电时的正极反应式______________________________。

②如图为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出高铁电池的优点有______。

(4)从保护环境的角度考虑，制备K2FeO4较好的方法为电解法，其装置如图所示。

①石墨做电解池的______极(填“阴”或“阳”)，溶液中OH-向_____移动(填“铁丝网”或“石墨”)

②电解过程中阳极的电极反应式为______________________________。

③若维持电流强度为6A，电解5小时，理论上可制得K2FeO4的质量为_________g(已知F=96500 C/mol，结果保留1位小数)

(5)已知25℃时Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38，此温度下若在实验室中配制5 mol/L 500 mL FeCl3溶液，为使配制过程中不出现浑浊现象，则至少需要加入____mL 2 mol/L的盐酸(滴加盐酸前后，溶液总体积不变)。

Answer 1

【答案】Fe3+ +3H2OFe(OH)3(胶体)+3H+ 2Fe3+ + Fe = 3Fe2+ A FeO42- + 3e- + 4H2O = Fe(OH)3 + 5OH- 使用时间长；工作电压稳定 阴 铁丝网 Fe - 6e- + 8OH- = FeO42- + 4H2O 36.9 g 12.5

【解析】

本题主要考查原电池、电解池的相关知识，由金属的活泼性确定原电池的正负极、电解池的阴阳极，或者由元素的化合价升降确定正负极和阴阳极。

（1）高铁酸钾被还原后的产物Fe3+水解生成的Fe（OH）3胶体粒子能吸附水中的悬浮杂质，可起到净水的作用，Fe3+水解离子方程式为：Fe3++3H2OFe（OH）3（胶体）+3H+，故答案为Fe3++3H2OFe（OH）3（胶体）+3H+；

铁离子具有氧化性，钢铁设备中的Fe会与铁离子反应生成亚铁离子，离子方程式是：2Fe3++Fe=3Fe2+，故答案为2Fe3++Fe=3Fe2+；

（2）装置为原电池，若用如图装置保护铁，X极的电极材料应比铁活泼，可以选择锌，故答案为A；

（3）①放电时，正极得到电子发生还原反应，FeO42-获得电子生成Fe（OH）3，应有水参与反应，同时生成氢氧根离子，正极电极反应式为：FeO42- + 3e- + 4H2O = Fe(OH)3 + 5OH-；

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

②由图可知，高铁电池的优点有放电时间长，工作电压稳定等优点；

故答案为使用时间长；工作电压稳定；

（4）①图为电解池，铁是活泼金属失去电子发生氧化反应，作为电解池的阳极，石墨得到电子发生还原反应，作为阴极，溶液中的阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，故OH-向阳极即铁丝网移动，故答案为阴；铁丝网；

②K2FeO4能消毒、净水的原因是高价铁具有氧化性，能消毒杀菌，生成Fe3+形成胶体，具有吸附水中悬浮物的净水作用，电解时阳极Fe失去电子发生氧化反应，阳极的电极反应式为Fe - 6e- + 8OH- = FeO42- + 4H2O，故答案为Fe - 6e- + 8OH- = FeO42- + 4H2O；

③维持电流强度为6A，电解5小时，时间为18000s，F=96500 C/mol，Q=It=6C/s×18000s，通过的电子为，则理论上可制得K2FeO4的最大质量=≈36.9g，

故答案为36.9g；

（5）要使溶液不产生沉淀，则溶液中c（OH-）==mol/L =2×10-13mol/L，溶液中c（H+）===0.05mol/L，加入稀盐酸体积==12.5mL；

故答案为12.5mL。