Question

铁及其化合物在日常生活、生产中应用广泛。研究铁及其化合物的应用意义重大。

I.水体的净化和污水的处理与铁及其化合物密切相关。

（1）自来水厂常用高铁酸钠（Na₂FeO₄）改善水质。简述高铁酸钠用于杀菌消毒同时又起到净水作用的原理_______________。

（2）碱式硫酸铁［Fe（OH）SO₄］是一种用于污水处理的新型高效絮凝剂，在医药上也可用于治疗消化性溃疡出血。工业上利用废铁屑（含少量氧化铝、氧化铁等）生产碱式硫酸铁的工艺流程如下：

已知：部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：

回答下列问题：

①写出反应I中发生的氧化还原反应的离子方程式___________。

②加入少量NaHCO₃的目的是调节溶液pH，应控制pH的范围为____________。

③在实际生产中，反应II常同时通入O₂以减少NaNO₂的用量，若通入5.6L O₂（标准状况），则相当于节约NaNO₂的质量为____________g。

④碱式硫酸铁溶于水后产生的［Fe（OH）］²⁺离子，可部分水解生成［Fe₂（OH）₄］²⁺聚合离子。该水解反应的离子方程式为___________。

II铁的化合物也是制备高能锂电池的重要原料。已知磷酸亚铁锂电池总反应为：

FePO₄+LiLiFePO₄，电池中的固体电解质可传导Li⁺。试写出该电池充电时的阳极反应式____________。常温下以该电池为电源电解200mL饱和食盐水，当消耗1.4g Li时，溶液的pH为____________。（忽略溶液的体积变化）。

Answer

（13分）

Ⅰ、（1）FeO42－有强的氧化性，能杀菌消毒，本身被还原为Fe3+，Fe3+发生水解生成氢氧化铁胶体吸附水中的杂质，达到净水的目的

（2）①Fe +2 Fe3+=3 Fe2+；Fe +2H+=Fe2+ + H2↑；

②4.4~7.5；③69；④2[Fe（OH）] 2+ + 2H2O[Fe2（OH）4] 2+ +2H+；

Ⅱ、LiFePO4－e－= FePO4+Li+；14

【解析】

试题分析：Ⅰ．（1）高铁酸钠具有强氧化性，可用于杀菌消毒，还原生成Fe3+，Fe3+发生水解生成氢氧化铁胶体吸附水中的杂质，可用来除去水中的悬浮物，达到净水的目的，故答案为：FeO42-有强的氧化性，能杀菌消毒，本身被还原为Fe3+，Fe3+发生水解生成氢氧化铁胶体吸附水中的杂质，达到净水的目的；

（2）①Fe为活泼金属，可与酸反应，反应的离子方程式为Fe+2H+═Fe2++H2↑，故答案为：Fe+2H+═Fe2++H2↑；

②制备硫酸亚铁，应与硫酸铝分离，应调节溶液pH生成Al（OH）3，要避免生成应Fe（OH）2沉淀，控制pH在4.4～7.5之间，故答案为：4.4～7.5；

③n（O2）==0.25mol，则得到电子0.25mol×4=1mol，1molNaNO2被还原生成NO，化合价由+3价降低到+2价，得到1mol电子，则m（NaNO2）=1mol×69g/mol=69g，故答案为：69；

④[Fe（OH）]2+离子，可部分水解生成[Fe2（OH）4]2+聚合离子，根据电荷守恒和质量守恒可写出反应的离子方程式为2[Fe（OH）]2++2H2O[Fe2（OH）4]2++2H+，故答案为：2[Fe（OH）]2++2H2O[Fe2（OH）4]2++2H+；

Ⅱ．阳极发生氧化反应，由总反应式FePO4+LiLiFePO4可知，LiFePO4被氧化生成FePO4，反应的电极方程式为LiFePO4-e-═FePO4+Li+，1.4g Li转移的电子是0.2mol，所以根据方程式2NaCl＋2H2O H2↑＋Cl2↑＋2NaOH可知，生成氢氧化钠是0.2mol，即氢氧化钠的浓度是1.0mol/L，所以pH＝14。故答案为：LiFePO4-e-═FePO4+Li+；14。

考点：考查了物质制备的工艺流程、电化学的相关知识。