Question

高鐵酸鉀是一種高效的多功能水處理劑，具有氧化、吸附、絮凝、、助凝、殺菌、除臭等作用，高鐵酸鉀的開發(fā)和利用正日益顯示出其廣闊的應(yīng)用前景。其制備流程如下：

試回答下列問題
（1）反應(yīng)器中，NaOH、NaClO、Fe(NO₃)₃發(fā)生反應(yīng)生成Na₂FeO₄，完成并配平下列離子反應(yīng)方程式：
□Fe³⁺+□ClO^─+□OH^─ ==□FeO₄^2─+□Cl^─+□___________
（2）次氯酸鈉濃度對高鐵酸鉀產(chǎn)率有一定影響，當(dāng)NaClO濃度為298g/L時(shí)，高鐵酸鈉的產(chǎn)率最高，此時(shí)NaClO的物質(zhì)的量濃度為_______________。
（3）你認(rèn)為操作①能夠發(fā)生轉(zhuǎn)化的原因是__________，慢慢滴加的原因的是___________。
（4）操作②如果溫度過高會造成高鐵酸鉀的分解，高鐵酸鉀受熱分解時(shí)生成金屬氧化物和氧氣，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________________。
（5）可以用電化學(xué)法制取Na₂FeO₄，其裝置如圖所示，則陽極的電極反應(yīng)式為                      ；
陰極的電極反應(yīng)式為______________；電解一段時(shí)間后溶OH^─的濃度會_________(填“升高”、“降低”
或“不變”)。

Answer 1

（1） 2Fe³⁺+3ClO^─+10OH^─＝2FeO₄^2─+3Cl^─+5H₂O
（2）4mol/L(少單位扣1分)
（3）此條件下，高鐵酸鉀的溶解度小于高鐵酸鈉的；為了使反應(yīng)充分(1分)。
（4）4K₂FeO₄2K₂O+2Fe₂O₃+3O₂↑(缺少條件扣1分)
（5）Fe+8OH^－─6e^－＝FeO₄^2－+4H₂O；2H⁺+2e^－＝H₂↑(或2H₂O+2e^－＝2OH^－+H₂↑)；降低(1分)

試題分析：（1）根據(jù)反應(yīng)可知，鐵元素的化合價(jià)從＋3價(jià)升高到＋6價(jià)，失去3個(gè)電子。氯元素的化合價(jià)從＋1價(jià)降低到－1價(jià)，得到2個(gè)電子。因此根據(jù)電子得失守恒可知，氧化劑次氯酸鈉和還原劑硝酸鐵的物質(zhì)的量之比是3：2，根據(jù)電荷守恒可知OH^－的計(jì)量數(shù)是10，根據(jù)原子守恒可知，生成物中還有水生成，所以反應(yīng)的離子方程式為2Fe³⁺+3ClO^─+10OH^─＝2FeO₄^2─+3Cl^─+5H₂O。
（2）NaClO濃度為298g/L，即1L溶液中含有次氯酸鈉的質(zhì)量是298g物質(zhì)的量＝298g÷74.5g/mol＝4mol，因此次氯酸鈉的物質(zhì)的量濃度＝4mol÷1L＝4mol/L。
（3）操作1是向高鐵酸鈉中溶液慢慢滴加飽和氫氧化鉀溶液即可以得到高鐵酸鉀，因此根據(jù)沉淀容易向生成更難溶的方向轉(zhuǎn)化可知，在此條件下，高鐵酸鉀的溶解度小于高鐵酸鈉的；為了使反應(yīng)充分小于慢慢滴加氫氧化鉀飽和溶液，以提高原料利用率。
（4）高鐵酸鉀受熱分解時(shí)生成金屬氧化物和氧氣，其中氧元素的化合價(jià)從－2價(jià)升高到0價(jià)，因此氧氣是氧化產(chǎn)物，則鐵元素的化合價(jià)必然降低生成氧化鐵，另外還有氧化鉀產(chǎn)生，反應(yīng)的化學(xué)方程式為4K₂FeO₄2K₂O+2Fe₂O₃+3O₂↑。
（5）電解池陽極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。鐵與電源的正極相連，做陽極，因此鐵失去電子結(jié)合溶液中的OH^－生成FeO₄^2－，因此陽極電極反應(yīng)式為Fe+8OH^－ ─6e^－＝FeO₄^2－+4H₂O；電解池陰極得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)，則在該電解池中溶液中的氫離子在陰極得到電子，電極反應(yīng)式為2H⁺+2e^－＝H₂↑；根據(jù)陰陽極的電極反應(yīng)式可知該電池反應(yīng)的總反應(yīng)方程式為Fe+2OH^－+2H₂O FeO₄^2－+3H₂↑，這說明在反應(yīng)過程中溶液中OH^－的濃度降低。