Question

（13分）（1）有人研究证明：使用氯气作自来水消毒剂，氯气会与水中有机物反应，生成如CHCl₃等物质，这些物质可能是潜在的致癌致畸物质。目前人们已研发多种饮用水的新型消毒剂。下列物质不能作自来水消毒剂的是          （填序号）。

A．明矾      B．二氧化氯      C．臭氧      D．高铁酸钠(Na₂FeO₄)

（2）高铁（VI）酸盐是新一代水处理剂。其制备方法有：次氯酸盐氧化法（湿法）和高温过氧化物氧化法（干法）等。湿法是在碱性溶液中用次氯酸盐氧化铁（III）盐，写出该法的离子方程式：                     。

（3）用高铁（VI）酸盐设计的高铁（VI）电池是一种新型可充电电池，电解质溶液为KOH溶液，放电时的总反应：3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O→3Zn(OH­)₂+2Fe(OH)₃+4KOH

①写出正极发生的电极反应式：                                          。

②用高铁（VI）电池作电源，以Fe作阳极，以Cu作阴极，对足量KOH溶液进行电解，当有0.1molK₂FeO₄反应时，在电解池中生成H₂           L（标准状况），同时生成Fe(OH)₃=        mol。

③下表列出了某厂排放的含锌废水中的含量及国家环保标准值的有关数据：

	含锌废水水质	经处理后的水国家环保标准值
Zn^2＋浓度/(mg·L^－^1)	≤800	≤3.9
pH	1～5	6～9

经处理后的废水pH＝8，此时废水中Zn^2＋的浓度为      mg/L（常温下，Ksp[Zn(OH)₂]＝1.2×10^17），         （填“符合”或“不符合”）国家环保标准。

Answer

（1）A （2）10OH－+3ClO－+2Fe3+=3Cl－+2FeO42-+5H2O

（3）①FeO42-+4H2O+3e-=Fe(OH)3+5OH- ②3.36 0.15 ③0.78 符合

【解析】

试题分析：

（1）A、明矾溶于水后，铝离子水解出氢氧化铝胶体，能够吸附水中的悬浮杂质，达到净水的目的，但是并没有杀菌消毒的作用；二氧化氯、臭氧和高铁酸钠(Na2FeO4)均有较强的氧化性，有杀菌消毒的作用，因而能作自来水消毒剂。

根据题目的提示，湿法是在碱性溶液中用次氯酸盐氧化铁（III）盐，再结合电子守恒以及“升失氧，降得还”的规律，可写出其离子方程式：10OH－+3ClO－+2Fe3+=3Cl－+2FeO42-+5H2O；

（3）①放电时的总反应：3Zn+2K2FeO4+8H2O→3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH，正极发生还原反应，得电子，化合价降低，所以可知正极反应为：FeO42-+4H2O+3e-=Fe(OH)3+5OH-；

②当有0.1molK2FeO4反应时，根据FeO42-+4H2O+3e-=Fe(OH)3+5OH-，知各电极上通过的电子为0.3mol。电解池中阳极反应为Fe-2e-=Fe2+，阴极反应为2H++2e-=H2↑，总反应为Fe2++2OH－＝Fe(OH)2，4 Fe(OH)2+O2+4H2O＝4Fe(OH)3，通过的电子为0.3mol时，原电池中生成氢气0.15mol，即3.36LH2，同时生成Fe(OH)30.15mol；

③Ksp[Zn(OH)2]＝c(Zn2＋)·c2(OH－)，c(Zn2＋)＝Ksp[Zn(OH)2]/c2(OH－)，c(OH－)＝10－14/10－8＝10－6(mol·L－1)，代入表达式中，得c(Zn2＋)＝1.2×10－17/(10－6)2＝1.2×10－5(mol·L－1)，即1.2×10－5 mol·L－1×65×103 mg·mol－1＝0.78 mg·L－1，对照表中的数据知，c(Zn2＋)＜3.9 mg·L－1，故符合标准。

考点:物质的氧化性、氧化还原反应、原电池反应及其计算

点评:本题考查了物质的氧化性、氧化还原反应、原电池反应及其计算，难度较大。易错点是（2）中的电极反应式的书写，要结合化合价的升降以及产物的存在形式综合分析。