Question

高鐵酸鉀（K₂FeO₄）是鐵的一種重要化合物，具有極強(qiáng)的氧化性。

（1）將適量K₂FeO₄溶解于pH=4.74的溶液中，配制成c(FeO₄^2－)=1.0×10^－3mol·L^－的試樣，將試樣分別置于20℃、30℃、40℃和60℃的恒溫水浴中，測(cè)定c(FeO₄^2－)隨時(shí)間變化的結(jié)果如圖1所示。

該實(shí)驗(yàn)的目的是_______________________；FeO₄^2－發(fā)生反應(yīng)的△H____________0（填“＞”“＜”或“＝”）

（2）將適量K₂FeO₄分別溶解于pH=4.74、7.00、11.50的水溶液中，配制成c(FeO₄^2－)=1.0×10^－3 mol·L^－的試樣，靜置，考察不同初始pH的水溶液對(duì)K₂FeO₄某種性質(zhì)的影響，其變化圖像見圖2，800min時(shí)，在pH=11.50的溶液中，K₂FeO₄的濃度比在pH=4.74的溶液中高，主要原因是______________。

（3）電解法是工業(yè)上制備K₂FeO₄的一種方法。以鐵為陽(yáng)極電解氫氧化鈉溶液，然后在陽(yáng)極溶液中加入KOH，即在高鐵酸鈉溶液中加入KOH至飽和可析出高鐵酸鉀（K₂FeO₄），說明            。電解時(shí)陽(yáng)極發(fā)生反應(yīng)生成FeO₄^2－，該電極反應(yīng)式為______________。

（4）與MnO₂—Zn電池類似，K₂FeO₄—Zn也可以組成高鐵電池，K₂FeO₄在電池中作正極材料，其電極反應(yīng)式為FeO₄^2－+3eˉ+4H₂O→Fe(OH)₃+5OHˉ，則該電池總反應(yīng)的離子方程式為_______________。圖3為高鐵酸鉀電池和高能堿性電池放電曲線，由此可得出的高鐵酸鉀電池的優(yōu)點(diǎn)有_______________________、________________________。

 

Answer 1

【答案】

（1）探究溫度對(duì)FeO₄^2－影響（溫度越高，高鐵酸鉀越不穩(wěn)定），＞（各2分）

（2）pH=11.50時(shí)溶液中OHˉ離子濃度大，不利于K₂FeO₄與水的反應(yīng)正向進(jìn)行。     （2分）

（3）同溫度下，高鐵酸鉀的溶解度比高鐵酸鈉的溶解度小  （2分）

Fe+8OHˉ－6eˉ= FeO₄^2－+4H₂O  （2分）

（4）3Zn+2FeO₄^2－+8H₂O=3Zn(OH)₂+2Fe(OH)₃+4OHˉ     （2分）

放電時(shí)間長(zhǎng)、工作電壓穩(wěn)定    （各1分）

【解析】

試題分析：（1）由圖1數(shù)據(jù)可知，溫度越高，相同時(shí)間內(nèi)FeO₄^2－濃度變化越快，高鐵酸鉀溶液平衡時(shí)FeO₄^2－濃度越小，溫度越高FeO₄^2－濃度越小，正向反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；

故答案為：溫度越高，高鐵酸鉀越不穩(wěn)定（或溫度越高，高鐵酸鉀與水反應(yīng)的速率越快）；＞

（2）由圖2數(shù)據(jù)可知，溶液pH越小，相同時(shí)間內(nèi)FeO₄^2－濃度變化越快，高鐵酸鉀溶液平衡時(shí)FeO₄^2－濃度越�。�高鐵酸鉀在水中的反應(yīng)為4FeO₄^2－+10H₂O4Fe(OH)₃ +8OH^－+3O₂↑，pH=11.50的溶液中OH^－離子濃度大，使上述平衡向左移動(dòng)，F(xiàn)eO₄^2－濃度增大，不利于K₂FeO₄與水的反應(yīng)正向進(jìn)行；

故答案為：pH=11.50的溶液中OH^－離子濃度大，使上述平衡向左移動(dòng)，不利于K₂FeO₄與水的反應(yīng)正向進(jìn)行；

（3）以鐵為陽(yáng)極電解氫氧化鈉溶液，然后在陽(yáng)極溶液中加入KOH，即在高鐵酸鈉溶液中加入KOH至飽和可析出高鐵酸鉀（K₂FeO₄），說明同溫度下，高鐵酸鉀的溶解度比高鐵酸鈉的溶解度��；陽(yáng)極是鐵失電子在堿性溶液中發(fā)生氧化反應(yīng)生成FeO₄^2－；電極反應(yīng)為：Fe+8OHˉ-6eˉ=FeO₄^2－+4H₂O；

故答案為：同溫度下，高鐵酸鉀的溶解度比高鐵酸鈉的溶解度小；Fe+8OHˉ-6eˉ=FeO₄^2－+4H₂O；

（4）原電池的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極電極反應(yīng)式為：①FeO₄^2－+3eˉ+4H₂O→Fe(OH)₃ +5OHˉ；負(fù)極電極反應(yīng)為：②Zn-2e^－+2OH^－=Zn(OH)₂ ；依據(jù)電極反應(yīng)的電子守恒，①×2+②×3合并得到電池反應(yīng)為：3Zn+2FeO₄^2－+8H₂O=3Zn(OH)₂ +2Fe(OH)₃ +4OHˉ；由圖3知高鐵電池比高能堿性電池放電時(shí)間長(zhǎng)，工作電壓穩(wěn)定；

故答案為：3Zn+2FeO₄^2－+8H₂O=3Zn(OH)₂ +2Fe(OH)₃ +4OHˉ；放電時(shí)間長(zhǎng)，工作電壓穩(wěn)定；

考點(diǎn)：電解原理；化學(xué)平衡的影響因素