Question

高铁酸钾是绿色、环保型水处理剂，也是高能电池的电极材料。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。工艺流程如下：

回答下列问题：

（1）有同学认为上述流程可以与氯碱工业联合。写出电解饱和食盐水制取次氯酸钠的化学方程式         。

（2）制备铁黄的反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为         。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          ；pH大于4.5时铁黄产率降低的主要原因可能是       。

（3）用高铁酸钾处理水时，不仅能消毒杀菌，还能除去水体中的H₂S、NH₃、CN^－等，生成的氢氧化铁胶体粒子还能吸附水中悬浮杂质。试写出高铁酸钾处理含CN^－废水时除去CN^－的离子方程式         。

（4）K₂FeO₄可作锌铁碱性高能电池的正极材料，电池反应原理：

2K₂FeO₄+3Zn+8H₂O2Fe(OH)₃+3Zn(OH)₂+4KOH。放电时负极材料是      ；充电时阳极的电极反应式为                 。

（5）已知：常温下，K_ap[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⁺)=         mol·L^－1。

（6）如果上述流程中，铁元素总利用率为75%。利用1mol 2mol·L^－1FeSO₄溶液能制备纯度为90%的高铁酸钾       kg。

Answer

（1）NaCl+H2ONaClO+H2↑；

（2）1:4；40℃；酸性减弱，Fe(OH)3增多；

（3）10FeO42－+6CN－+22H2O=10Fe(OH)3(胶体)+6CO32－+3N2↑+14OH－；

（4）Zn；Fe(OH)3－3e－+5OH－=FeO42－+4H2O；

（5）0.04；

（6）330；

【解析】

试题分析：（1）电解饱和食盐水制取次氯酸钠的化学方程式为NaCl+H2ONaClO+H2↑，故答案为：NaCl+H2ONaClO+H2↑；

（2）硫酸亚铁与氧气反应生成铁黄(FeOOH)的反应中氧化剂为氧气，还原剂为硫酸亚铁，反应中铁的化合价由+2合成+3价，O元素的化合价由0价变成-2价，根据得失电子守恒，氧化剂和还原剂的物质的量之比为=，根据图像，40℃左右时，铁黄产率较高；pH大于4.5时生成了氢氧化铁，使得铁黄产率降低，故答案为：1:4；40℃；酸性减弱，Fe(OH)3增多；

（3）高铁酸钾具有氧化性，可以将CN－氧化为氮气和二氧化碳而除去，本身被还原为氢氧化铁胶体，在碱性溶液中二氧化碳变成碳酸根离子，反应的方程式为10FeO42－+6CN－+22H2O=10Fe(OH)3(胶体)+6CO32－+3N2↑+14OH－，故答案为：10FeO42－+6CN－+22H2O=10Fe(OH)3(胶体)+6CO32－+3N2↑+14OH－；

（4）根据2K2FeO4+3Zn+8H2O2Fe(OH)3+3Zn(OH)2+4KOH。锌反应中化合价升高被氧化，是负极；充电时阳极发生氧化反应，生成高铁酸根离子，电极反应式为Fe(OH)3－3e－+5OH－=FeO42－+4H2O，故答案为：Zn；Fe(OH)3－3e－+5OH－=FeO42－+4H2O；

（5）pH=2时，c(OH-)=10-12mol/L，根据Kap[Fe(OH)3]=4.0×10－38， c(Fe3+)=mol/L=0.04mol/L，故答案为：0.04；

（6）1mol 2mol·L－1FeSO4溶液中含有2mol FeSO4，根据铁元素守恒，生成高铁酸钾的质量=2mol×75%×198g/mol÷90%=330kg，故答案为：330。

考点：考查了物质制备实验方案的设计，化学计算的相关知识。