Question

(15分)高铁酸钾(K₂FeO₄)是一种绿色氧化剂，在许多领域展现出广阔的应用前景。

（1）湿法制备K₂FeO₄:在KOH溶液中，用KC10直接氧化Fe(NO₃)₃即可制得K₂FeO₄。该反应的离子方程式为_________________________________。

（2）测定K₂FeO₄:样品纯度：i．称取样品mg，加入到盛有过量碱性亚铬酸钠[NaCr(OH)₄]溶液的锥形瓶中充分反应；ii．将所得铬酸钠(Na₂CrO₄)溶液酸化；iii．在所得Na₂Cr₂O₇溶液中加入8—9滴二苯胺磺酸钠溶液作指示剂，用c  mol·L^－1(NH₄)₂Fe(SO₄)₂溶液滴定至终点，消耗溶液体积为V mL。整个过程中发生的反应如下：

i．   Cr(OH)₄^－  ＋   FeO₄^{2 －}＋   =    Fe(OH)₃ (H₂O)₃↓＋    CrO₄^{2 －}＋

ii．2CrO₄^{2 －}＋2H^＋=Cr₂O₇^{2 －}＋H₂O；

iii．Cr₂O₇^{2 －}＋6Fe^2＋＋14H^＋=2Cr^3＋＋6Fe^3＋＋7H₂O

①配平方程式i；

②利用上述数据计算该样品的纯度为________________(用含字母的代数式表示)。

（3）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：

i．pH=2．2时，溶液中主要含铁形体浓度的大小关系为________；为获得尽可能纯净的高铁酸盐，pH应控制在______________。

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

iii．向pH=6的高铁酸盐溶液中加入KOH溶液，发生反应的离子方程式为______________。

（4）某新型电池以金属锂为负极，K₂FeO₄为正极，溶有LiPF₆的有机溶剂为电解质。工作时Li^＋通过电解质迁移人K₂FeO₄晶体中，生成K₂Li₂FeO₄。该电池的正极反应式为______________．

Answer

(15分)

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

（2）i．1，1，3 H2O ＝1，1，1 OH－

ii． ×100%

（3）i．c(H2FeO4)＞c(H3FeO4＋ )＞c(HFeO4－ ) ≥9 ii．4.16 iii.HFeO4－ ＋OH－＝FeO42 －＋H2O

（4）K2FeO4＋xe－＋xLi＋＝K2LixFeO4

【解析】

试题分析：（1）根据题给信息，反应物为KClO、Fe(NO3)3和KOH，生成物为K2FeO4、KCl和H2O，再根据化合价升降相等和原子守恒配平，该反应的离子方程式为3ClO－＋2 Fe3＋＋10 OH－＝2 FeO42 －＋3 Cl－＋5 H2O。

（2）i．Cr(OH)4－ 中Cr元素的化合价为＋3价，CrO42 －中Cr元素的化合价为＋6，化合价升高3价，FeO42 － 中铁元素的化合价为＋6价，Fe(OH)3 (H2O)3中铁元素的化合价为＋3价，化合价降低3价，根据化合价升降相等，氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物的系数均为1，再根据电荷守恒和原子守恒配平其它物质，则化学方程式为：1 Cr(OH)4－ ＋ 1 FeO42 －＋ 3 H2O= 1 Fe(OH)3 (H2O)3↓＋ 1 CrO42 －＋ 1 OH－。

ii．根据i．Cr(OH)4－ ＋ FeO42 －＋ 3H2O = Fe(OH)3 (H2O)3↓＋ CrO42 －＋ OH－，ii．2CrO42 －＋2H＋=Cr2O72 －＋H2O；

iii.Cr2O72 －＋6Fe2＋＋14H＋=2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O提供的化学方程式可得关系式：K2FeO4——3(NH4)2Fe(SO4)2，

则该样品的纯度为 ×100%。

（3）i．根据图提供的信息，pH=2．2时，溶液中主要含铁形体浓度的大小关系为c(H2FeO4)＞c(H3FeO4＋ )＞c(HFeO4－ )，为获得尽可能纯净的高铁酸盐，pH应控制在大于等于9.

ii．已知H3FeO4＋ 的电离常数分别为：K1=2.51×10－2，K2=4.16×10－4，K3=5.01×10－8，当pH=4时，溶液中 =K2/c(H＋)=( 4.16×10－4)÷10－4=4.16

iii．pH=6的高铁酸盐溶液中主要存在HFeO4－ ，加入KOH溶液后，pH增大，生成FeO42 －，发生反应的离子方程式为HFeO4－ ＋OH－＝FeO42 －＋H2O.

（4） 某新型电池以金属锂为负极，K2FeO4为正极， 工作时Li＋通过电解质迁移人K2FeO4晶体中，生成K2Li2FeO4，则该电池的正极反应式为K2FeO4＋xe－＋xLi＋＝K2LixFeO4。

考点：考查高铁酸钾的制备。