Question

9．新材料的研發是發展新技術，提高生活質量的物質基礎．高鐵酸鉀是一種新型多功能材料．
Ⅰ．高鐵酸鉀的制備：
①方法一：生產流程如下

（1）溶液A中加入KOH固體的目的是：AD；（填序號）
A．為下一步反應提供堿性環境
B．使KClO₃轉化成KClO
C．加固體KOH溶解時放出熱量有利于提高反應速率
D．與溶液A中Cl₂（過量）反應生成更多KClO
（2）溶液A中需除去的雜質離子是Cl^-；用離子方程式表示其生成的原因Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O；
（3）溶液B中可分離出濕產品K₂FeO₄外，還有副產物KNO₃，KCl，寫出生成溶液B的離子方程式：3ClO^-+10OH^-+2Fe³⁺=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；每制得118.8gK₂FeO₄理論上消耗氧化劑0.9mol．
②方法二：電解法
從環境保護角度看，制備高鐵酸鉀較好方法為電解法，其裝置如圖．從理論分析K₂FeO₄應在陽極生成．（填“陽”或“陰”）該電極的電極方程式為Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O．

Ⅱ．高鐵酸鉀的應用：
高鐵電池是一種新型二次電池，電解液為堿性溶液，其反應式為：
3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH^- $\frac{\underline{\;充電\;}}{放電}$3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O
放電時，電極反應式為：負極：3Zn-6e^-+6OH^-=3Zn（OH）₂ ；正極2FeO₄^2-+6e^-+8H₂O=2Fe（OH）₃+10 0H^-．

Answer 1

分析 Ⅰ．①方法一：由工藝流程可知，氯氣與濃氫氧化鉀溶液發生反應：2KOH+Cl₂═KCl+KClO+H₂O，再加入氫氧化鉀固體，為下一步反應提供堿性環境，并反應掉溶液A中溶解的氯氣，由于溶液A中含有雜質Cl^-離子，需要除去，在堿性KClO溶液中加入硝酸鐵溶液反應得到K₂FeO₄，結合（3）中還有副產物KNO₃，KCl，發生反應：3ClO^-+10OH^-+2Fe³⁺=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
②方法二：Fe為陽極，失去電子，堿性條件下得到K₂FeO₄，由電荷守恒，應有氫氧根離子參與反應，由元素守恒可知，應有水生成；
Ⅱ．放電時，負極發生氧化反應，Zn失去電子生成Zn（OH）₂，應有氫氧根離子參與反應，正極發生還原反應，FeO₄^2-獲得電子生成Fe（OH）₃，應有水參與反應，同時生成氫氧根離子．

解答 解：Ⅰ．①方法一：由工藝流程可知，氯氣與濃氫氧化鉀溶液發生反應：2KOH+Cl₂═KCl+KClO+H₂O，再加入氫氧化鉀固體，為下一步反應提供堿性環境，并反應掉溶液A中溶解的氯氣，由于溶液A中含有雜質Cl^-離子，需要除去，在堿性KClO溶液中加入硝酸鐵溶液反應得到K₂FeO₄，結合（3）中還有副產物KNO₃，KCl，發生反應：3ClO^-+10OH^-+2Fe³⁺=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
（1）由上述分析可知，溶液A中加入KOH固體的目的是：為下一步反應提供堿性環境，與溶液A中Cl₂（過量）反應生成更多KClO，
故答案為：AD；
（2）生成溶液A的離子方程式為：Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O，溶液A中需除去的雜質離子是Cl^-，
故答案為：Cl^-；Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O；
（3）溶液B中可分離出濕產品K₂FeO₄外，還有副產物KNO₃，KCl，生成溶液B的離子方程式：3ClO^-+10OH^-+2Fe³⁺=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，118.8gK₂FeO₄的物質的量為$\frac{118.8g}{198g/mol}$=0.6mol，消耗氧化劑KClO為0.6mol×$\frac{3}{2}$=0.9mol，
故答案為：3ClO^-+10OH^-+2Fe³⁺=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；0.9mol；
②方法二：Fe為陽極，失去電子，堿性條件下得到K₂FeO₄，由電荷守恒，應有氫氧根離子參與反應，由元素守恒可知，應有水生成，電極反應式為：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O，
故答案為：陽；Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O；
Ⅱ．放電時，負極發生氧化反應，Zn失去電子生成Zn（OH）₂，應有氫氧根離子參與反應，負極電極反應式為：3Zn-6e^-+6OH^-=3Zn（OH）₂ ，
正極發生還原反應，FeO₄^2-獲得電子生成Fe（OH）₃，應有水參與反應，同時生成氫氧根離子，正極電極反應式為：2FeO₄^2-+6e^-+8H₂O=2Fe（OH）₃+10 0H^-，
故答案為：3Zn-6e^-+6OH^-=3Zn（OH）₂ ；2FeO₄^2-+6e^-+8H₂O=2Fe（OH）₃+10 0H^-．

點評 本題考查物質制備實驗方案、原電池及電解原理應用，關鍵是對工藝流程的理解，側重考查學生分析能力、知識遷移運用能力，題目難度中等．