Question

【題目】高鐵酸鉀是綠色、環保型水處理劑，也是高能電池的電極材料。工業上，利用硫酸亞鐵為原料，通過鐵黃(FeOOH)制備高鐵酸鉀，可降低生產成本且產品質量優。工藝流程如下：

回答下列問題：

（1）有同學認為上述流程可以與氯堿工業聯合。寫出電解飽和食鹽水制取次氯酸鈉的化學方程式 。

（2）制備鐵黃的反應中氧化劑與還原劑的物質的量之比為 。實驗測得反應溶液的pH、溫度對鐵黃產率的影響如圖所示。反應溫度宜選擇 ；pH大于4.5時鐵黃產率降低的主要原因可能是 。

（3）用高鐵酸鉀處理水時，不僅能消毒殺菌，還能除去水體中的H2S、NH3、CN－等，生成的氫氧化鐵膠體粒子還能吸附水中懸浮雜質。試寫出高鐵酸鉀處理含CN－廢水時除去CN－的離子方程式 。

（4）K2FeO4可作鋅鐵堿性高能電池的正極材料，電池反應原理：

2K2FeO4+3Zn+8H2O2Fe(OH)3+3Zn(OH)2+4KOH。放電時負極材料是 ；充電時陽極的電極反應式為 。

（5）已知：常溫下，Kap[Fe(OH)3]=4.0×10－38。高鐵酸鉀的凈水能力與廢水的pH有關，當溶液pH=2時，廢水中c(Fe3+)= mol·L－1。

（6）如果上述流程中，鐵元素總利用率為75%。利用1mol 2mol·L－1FeSO4溶液能制備純度為90%的高鐵酸鉀 kg。

Answer 1

【答案】

（1）NaCl+H2ONaClO+H2↑；

（2）1:4；40℃；酸性減弱，Fe(OH)3增多；

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

（4）Zn；Fe(OH)3－3e－+5OH－=FeO42－+4H2O；

（5）0.04；

（6）330；

【解析】

試題分析：（1）電解飽和食鹽水制取次氯酸鈉的化學方程式為NaCl+H2ONaClO+H2↑，故答案為：NaCl+H2ONaClO+H2↑；

（2）硫酸亞鐵與氧氣反應生成鐵黃(FeOOH)的反應中氧化劑為氧氣，還原劑為硫酸亞鐵，反應中鐵的化合價由+2合成+3價，O元素的化合價由0價變成-2價，根據得失電子守恒，氧化劑和還原劑的物質的量之比為=，根據圖像，40℃左右時，鐵黃產率較高；pH大于4.5時生成了氫氧化鐵，使得鐵黃產率降低，故答案為：1:4；40℃；酸性減弱，Fe(OH)3增多；

（3）高鐵酸鉀具有氧化性，可以將CN－氧化為氮氣和二氧化碳而除去，本身被還原為氫氧化鐵膠體，在堿性溶液中二氧化碳變成碳酸根離子，反應的方程式為10FeO42－+6CN－+22H2O=10Fe(OH)3(膠體)+6CO32－+3N2↑+14OH－，故答案為：10FeO42－+6CN－+22H2O=10Fe(OH)3(膠體)+6CO32－+3N2↑+14OH－；

（4）根據2K2FeO4+3Zn+8H2O2Fe(OH)3+3Zn(OH)2+4KOH。鋅反應中化合價升高被氧化，是負極；充電時陽極發生氧化反應，生成高鐵酸根離子，電極反應式為Fe(OH)3－3e－+5OH－=FeO42－+4H2O，故答案為：Zn；Fe(OH)3－3e－+5OH－=FeO42－+4H2O；

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

（6）1mol 2mol·L－1FeSO4溶液中含有2mol FeSO4，根據鐵元素守恒，生成高鐵酸鉀的質量=2mol×75%×198g/mol÷90%=330kg，故答案為：330。