Question

【题目】高铁酸钾是绿色、环保型水处理剂。工业上利用硫酸亚铁为原料，通过铁黄(FeOOH)制备高铁酸钾，可降低生产成本且产品质量优。工艺流程：

回答下列问题：

(1)已知：常温下，Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10—38。高铁酸钾的净水能力与废水的pH有关，当溶液pH=2时，废水中c(Fe3+)=_______________molL﹣1

(2)制备铁黄的离子方程式为_______________。实验测得反应溶液的pH、温度对铁黄产率的影响如图所示。反应温度宜选择_________。

(3)①高铁酸盐在水溶液中有四种含铁形体。25℃时，它们的物质的量分数随pH的变化如图所示：

pH=2.6时，溶液中主要含铁形体浓度的大小关系为________。

②已知H3FeO4+电离常数分别为：K1=2.51×10—2，K2=4.16×10—4，K3=5.01×10—8，当pH=4时，溶液中=________。

(4)工业上还可用通过电解浓NaOH溶液制备Na2FeO4，其工作原理如图所示：阳极的电极反应式为__________；其中可循环使用的物质____________。

Answer 1

【答案】0.04 12Fe2++3O2+2H2O=4FeOOH+8Fe3+ 40℃ c(H2FeO4)＞c(HFeO4－)＞c(H3FeO4+) 4.16 Fe+8OH－-6e-=FeO42- +4H2O NaOH溶液

【解析】

FeSO4溶液中通入O2，在催化剂作用下发生反应12FeSO4+3O2+2H2O=4FeOOH+4Fe2(SO4)3；NaOH溶液中通入Cl2，发生反应2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+H2O，两溶液混合后发生反应2FeOOH+3NaClO+4NaOH=2Na2FeO4+3NaCl+3H2O。高铁酸钠与氯化钾反应生成高铁酸钾，据此解答。

(1)pH=2时，c(OH-)=10-12mol/L，废水中c(Fe3+)=molL﹣1=0.04molL﹣1。答案为：0.04；

(2)由以上分析知，制备铁黄的离子方程式为12Fe2++3O2+2H2O=4FeOOH+8Fe3+。从图中可以看出，40℃时FeOOH的产率最大，所以反应温度宜选择40℃。答案为：12Fe2++3O2+2H2O=4FeOOH+8Fe3+；40℃；

(3)①从图中可以看出，pH=2.6时，溶液中主要含铁形体浓度的大小关系为c(H2FeO4)＞c(HFeO4－)＞c(H3FeO4+)。答案为：c(H2FeO4)＞c(HFeO4－)＞c(H3FeO4+)；

②pH=4时，计算溶液中，应使用包含两种离子的电离平衡H2FeO4H++HFeO4-，K2=，所以==4.16。答案为：4.16；

(4)通过电解浓NaOH溶液制备Na2FeO4，阳极为Fe，电极反应式为Fe+8OH－-6e-=FeO42- +4H2O，阴极为Ni，电极反应式为6H2O+6e-=6OH- +3H2↑，电解后NaOH溶液的浓度减小，但可以循环使用，所以可循环使用的物质为NaOH溶液。答案为：Fe+8OH－-6e-=FeO42- +4H2O；NaOH溶液。