Question

15．高鐵酸鉀（K₂FeO₄）是一種綠色氧化劑，在許多領域展現(xiàn)出廣闊的應用前景．
（1）濕法制備K₂FeO₄：在KOH溶液中，用KC1O直接氧化Fe（NO₃）₃即可制得K₂FeO₄．該反
應的離子方程式為3ClO^-+2Fe³⁺+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．
（2）測定K₂FeO₄：樣品純度：
i．稱取樣品mg，加入到盛有過量堿性亞鉻酸鈉[NaCr（OH）₄]溶液的錐形瓶中充分反應；
ii．將所得鉻酸鈉（Na₂CrO₄）溶液酸化；
iii．在所得Na₂Cr₂O₇溶液中加入8-9滴二苯胺磺酸鈉溶液作指示劑，用c mol．L^-1（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液滴定至終點，消耗溶液體積為V mL．整個過程中發(fā)生的反應如下：
i．1Cr（OH）₄^-+1FeO₄^2-+3H₂O=1Fe（OH）₃（H₂O）₃↓+1CrO₄^2-+OH^-
ii.2CrO₄^2-+2H⁺═Cr₂O₇^2-+H₂O
iii．Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O
①配平方程式i；
②利用上述數(shù)據(jù)計算該樣品的純度為$\frac{\frac{1}{3}×V×1{0}^{-3}×cmol/L×198g/mol}{mg}$．（用含字母的代數(shù)式表示）．
（3）高鐵酸鹽在水溶液中有四種含鐵形體．25℃時，它們的物質(zhì)的量分數(shù)隨pH的變化如圖所示：
①pH=2.2時，溶液中主要含鐵形體濃度的大小關系為c（H₂FeO₄）＞c（H₃FeO₄⁺）＞c（HFeO₄^-）；為獲得盡可能純凈的高鐵酸鹽，pH應控制在
≥9．
②已知H₃FeO₄⁺的電離常數(shù)分別為：K₁=2.51×10^-2，K₂=4.16×10^-4，K₃=5.01×10^-8，當pH=4時，溶液中$\frac{c（HFe{O}_{4}^{-}）}{c（{H}_{2}Fe{O}_{4}）}$=4.16．
③向pH=6的高鐵酸鹽溶液中加入KOH溶液，發(fā)生反應的離子方程式為HFeO₄^-+OH^-=FeO₄^2-+H₂O．
（4）某新型電池以金屬鋰為負極，K₂FeO₄為正極，溶有LiPF₆的有機溶劑為電解質(zhì)．工作時Li⁺通過電解質(zhì)遷移入K₂FeO₄晶體中，生成K₂Li_xFeO₄．該電池的正極反應式為K₂FeO₄+xe^-+xLi⁺=K₂Li_xFeO₄．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)題干信息：在KOH溶液中，用KC1O直接氧化Fe（NO₃）₃即可制得K₂FeO₄來書寫離子方程式；
（2）①反應中Cr的化合價從+3價升高到了+6價，失去3mol電子，F(xiàn)e元素的化合價從+6價降低到了+3價，得到3mol電子，根據(jù)電子守恒、元素守恒來配平方程式；
②根據(jù)發(fā)生的反應得到如下關系：K₂FeO₄～CrO₄^2-～0.5Cr₂O₇^2-～3Fe²⁺，據(jù)此計算；
（3）①根據(jù)pH和組分的物質(zhì)的量分數(shù)之間的關系來判斷；為獲得盡可能純凈的高鐵酸鹽，要求溶液中只含有高鐵酸根離子，據(jù)圖數(shù)據(jù)回答；
②已知H₃FeO₄⁺的電離常數(shù)分別為：K₁=2.51×10^-2，K₂=4.16×10^-4，據(jù)電離平衡常數(shù)表達式計算；
③據(jù)圖示可以看出pH=6的高鐵酸鹽溶液中含有HFeO₄^-，加入KOH溶液會發(fā)生反應；
（4）在原電池中，K₂FeO₄在正極上發(fā)生得電子的還原反應，據(jù)此書寫電極反應式．

解答 解：（1）在KOH溶液中，用KC1O直接氧化Fe（NO₃）₃即可制得K₂FeO₄，即次氯酸根離子氧化鐵離子的過程，反應的離子方程式為：3ClO^-+2Fe³⁺+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，故答案為：3ClO^-+2Fe³⁺+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
（2）①反應中Cr的化合價從+3價升高到了+6價，失去3mol電子，F(xiàn)e元素的化合價從+6價降低到了+3價，得到3mol電子，根據(jù)電子守恒，所以Cr（OH）₄^-、FeO₄^2-、Fe（OH）₃（H₂O）₃↓、CrO₄^2-的前邊系數(shù)都是1，根據(jù)電荷守恒，產(chǎn)物還有1molOH^-，根據(jù)H、O元素守恒，所以反應物加上3mol水，即Cr（OH）₄^-+FeO₄^2-+3H₂O=Fe（OH）₃（H₂O）₃↓+CrO₄^2-+OH^-，故答案為：1；1；3H₂O；1；1；1OH^-；
②根據(jù)發(fā)生的反應得到如下關系：K₂FeO₄～CrO₄^2-～0.5Cr₂O₇^2-～3Fe²⁺，用c mol．L^-1（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液滴定至終點，消耗溶液體積為V mL，即消耗Fe²⁺的物質(zhì)的量是cV×10^-3mol，所以該樣品的純度為$\frac{\frac{1}{3}×V×1{0}^{-3}×cmol/L×198g/mol}{mg}$，故答案為：$\frac{\frac{1}{3}×V×1{0}^{-3}×cmol/L×198g/mol}{mg}$；
（3）①根據(jù)pH和組分的物質(zhì)的量分數(shù)之間的關系圖，得出：c（H₂FeO₄）＞c（H₃FeO₄⁺）＞c（HFeO₄^-）；為獲得盡可能純凈的高鐵酸鹽，要求溶液中只含有高鐵酸根離子，需要pH≥9；故答案為：c（H₂FeO₄）＞c（H₃FeO₄⁺）＞c（HFeO₄^-）；≥9；
②已知H₃FeO₄⁺的電離常數(shù)分別為：K₁=2.51×10^-2，K₂=4.16×10^-4，當pH=4時，溶液中$\frac{c（HFe{O}_{4}^{-}）}{c（{H}_{2}Fe{O}_{4}）}$=$\frac{4.16×1{0}^{-4}}{1{0}^{-4}}$=4.16，
故答案為：4.16；
③向pH=6的高鐵酸鹽溶液中（據(jù)圖示可以看出其中含有HFeO₄^-）加入KOH溶液，則HFeO₄^-和KOH溶液之堿反應，即HFeO₄^-+OH^-=FeO₄^2-+H₂O，故答案為：HFeO₄^-+OH^-=FeO₄^2-+H₂O；
（4）在原電池中，K₂FeO₄在正極上發(fā)生得電子的還原反應，電極反應式為：K₂FeO₄+xe^-+xLi⁺=K₂Li_xFeO₄，故答案為：K₂FeO₄+xe^-+xLi⁺=K₂Li_xFeO₄．

點評 本題綜合考查學生電化學電極反應式的書寫、溶液中離子之間的反應，側(cè)重學生識圖能力的考查，難度中等．