Question

新型超鐵電池的電極材料A是僅由K、Fe、O三種元素組成的暗紫色化合物，具有強(qiáng)氧化性．在常溫和干燥的條件下，化合物A可以穩(wěn)定的存在，但它在水溶液中不穩(wěn)定，一段時(shí)間后轉(zhuǎn)化為紅褐色沉淀，同時(shí)產(chǎn)生一種氣體單質(zhì)．為探究其成分，某學(xué)習(xí)興趣小組的同學(xué)取化合物A粉末進(jìn)行如圖實(shí)驗(yàn)：

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程回答下列問(wèn)題：
（1）化合物A的化學(xué)式為

 

；氣體單質(zhì)B的分子式為

 

．
（2）化合物A與H₂O反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

 

．
（3）目前，人們針對(duì)化合物A的穩(wěn)定性進(jìn)行了大量的探索，并取得了一定的進(jìn)展．下列物質(zhì)中有可能提高化合物A水溶液穩(wěn)定性的是

 

．
A．苯酚       B．KOH   C．亞硫酸鈉   D．Fe（NO₃）₃
（4）制備化合物A有多種方法：

①工業(yè)上常用電解法．裝置如圖1，其中鐵片作陽(yáng)極，KOH溶液作為電解質(zhì)溶液，寫(xiě)出陽(yáng)極的電極反應(yīng)式：

 

．
②實(shí)驗(yàn)室以次氯酸鹽和氫氧化鐵為原料，在強(qiáng)堿條件下制備少量A．如圖2為制備次氯酸鉀強(qiáng)堿性飽和溶液的裝置圖，反應(yīng)過(guò)程中和保存飽和次氯酸鉀中用冷水浴冷卻的原因是

 

，寫(xiě)出合成高鐵酸鉀的離子方程式：

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：探究物質(zhì)的組成或測(cè)量物質(zhì)的含量

專(zhuān)題：實(shí)驗(yàn)探究和數(shù)據(jù)處理題

分析：（1）紅棕色粉末為氧化鐵，不含結(jié)晶水的鹽為硫酸鉀，根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算出A中僅含有O、K、Fe三種元素的個(gè)數(shù)比，即得A的化學(xué)式；A不穩(wěn)定，生成的紅褐色沉淀為氫氧化鐵，氣體單質(zhì)只能是氧氣；
（2）K₂FeO₄中鐵元素化合價(jià)為+6價(jià)，價(jià)態(tài)高，+6價(jià)的Fe元素易得電子表現(xiàn)出強(qiáng)氧化性，據(jù)此寫(xiě)出即可；
（3）根據(jù)提給信息：在常溫和干燥的條件下，化合物A可以穩(wěn)定的存在，但它在水溶液中不穩(wěn)定等分析如何提高A水溶液穩(wěn)定性；
（4）已知反應(yīng)物和生成物，書(shū)寫(xiě)方程式時(shí)要根據(jù)原子守恒和電荷守恒．

解答： 解：（1）紅棕色固體粉末為氧化鐵，3.96g化合物A含鐵：

1.6g

160g/mol

×2=0.02mol，含鉀：

10.44g

174g/mol

×2-0.08mol=0.04mol，
含氧：

3.96g-0.02mol×56g/mol-0.04×39g/mol

16g/mol

=0.08mol，鉀、鐵、氧的個(gè)數(shù)比為：0.04mol：0.02mol：0.08mol=2：1：4，故A的化學(xué)式為：K₂FeO₄；高鐵酸鉀與水反應(yīng)生成氧氣和Fe（OH）₃、氫氧化鉀，
故答案為：K₂FeO₄；O₂；
（2）高鐵酸鉀與水反應(yīng)生成氧氣和Fe（OH）₃、氫氧化鉀，反應(yīng)方程式為：4K₂FeO₄+10H₂O=4Fe（OH）₃+8KOH+3O₂↑，
故答案為：4K₂FeO₄+10H₂O=4Fe（OH）₃↓+3O₂↑+8KOH；
（3）A．亞硫酸鈉具有還原性，會(huì)被高鐵酸鉀氧化，故A錯(cuò)誤；
B．高鐵酸鉀在堿性條件下生成，故B正確；
C．高鐵酸鉀在水溶液中不穩(wěn)定，與酸反應(yīng)，故C錯(cuò)誤；
D．在常溫和干燥的條件下，高鐵酸鉀可以穩(wěn)定的存在，但它在水溶液中不穩(wěn)定，故D錯(cuò)誤；
故答案為：B；
（4）①鐵失去電子，在堿性溶液中生成高鐵酸根離子，同時(shí)有水生成，陽(yáng)極反應(yīng)為Fe-6e^-+8OH^-═FeO₄^2-+4H₂O，故答案為：Fe-6e^-+8OH^-═FeO₄^2-+4H₂O；
②如圖2為制備次氯酸鉀強(qiáng)堿性飽和溶液的裝置圖，反應(yīng)過(guò)程中和保存飽和次氯酸鉀中用冷水浴冷卻，防止溫度升高時(shí)，反應(yīng)生成氯酸鉀（6KOH+3Cl₂

△   .

5KCl+KClO₃+3H₂O），降低了次氯酸鉀的產(chǎn)量；合成高鐵酸鉀的離子方程式：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
故答案為：防止溫度升高時(shí)，反應(yīng)生成氯酸鉀（6KOH+3Cl₂

△   .

5KCl+KClO₃+3H₂O），降低了次氯酸鉀的產(chǎn)量；2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．

點(diǎn)評(píng)：本題考查學(xué)生閱讀題目獲取信息的能力、計(jì)算能力、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ�，題目較難，需要學(xué)生具有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)與靈活運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力．