Question

【題目】鐵及其化合物在日常生活中有廣泛的應(yīng)用，回答下列問題。

(1)用K2FeO4給水消毒、殺菌時(shí)得到的Fe3+可以凈水，Fe3+凈水原因是____________(用離子方程式表示)；但Fe3+凈水要腐蝕設(shè)備，在腐蝕鋼鐵設(shè)備時(shí)，除H+作用外，另一主要原因是________________________________。

(2)鋼鐵腐蝕造成很大損失，用如圖裝置防止鋼鐵腐蝕(燒杯中均為食鹽水)，X極的電極材料應(yīng)是________________(填字母)。

A、鋅 B、銅 C、銀 D、石墨

(3)高鐵電池是一種新型的二次電池，電解液為堿性溶液，其反應(yīng)式如下：

3Zn + 2K2FeO4 + 8H2O3Zn(OH)2 + 2Fe(OH)3 + 4KOH

①寫出該電池放電時(shí)的正極反應(yīng)式______________________________。

②如圖為高鐵電池和常用的高能堿性電池的放電曲線，由此可得出高鐵電池的優(yōu)點(diǎn)有______。

(4)從保護(hù)環(huán)境的角度考慮，制備K2FeO4較好的方法為電解法，其裝置如圖所示。

①石墨做電解池的______極(填“陰”或“陽”)，溶液中OH-向_____移動(dòng)(填“鐵絲網(wǎng)”或“石墨”)

②電解過程中陽極的電極反應(yīng)式為______________________________。

③若維持電流強(qiáng)度為6A，電解5小時(shí)，理論上可制得K2FeO4的質(zhì)量為_________g(已知F=96500 C/mol，結(jié)果保留1位小數(shù))

(5)已知25℃時(shí)Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38，此溫度下若在實(shí)驗(yàn)室中配制5 mol/L 500 mL FeCl3溶液，為使配制過程中不出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，則至少需要加入____mL 2 mol/L的鹽酸(滴加鹽酸前后，溶液總體積不變)。

Answer 1

【答案】Fe3+ +3H2OFe(OH)3(膠體)+3H+ 2Fe3+ + Fe = 3Fe2+ A FeO42- + 3e- + 4H2O = Fe(OH)3 + 5OH- 使用時(shí)間長(zhǎng)；工作電壓穩(wěn)定 陰 鐵絲網(wǎng) Fe - 6e- + 8OH- = FeO42- + 4H2O 36.9 g 12.5

【解析】

本題主要考查原電池、電解池的相關(guān)知識(shí)，由金屬的活潑性確定原電池的正負(fù)極、電解池的陰陽極，或者由元素的化合價(jià)升降確定正負(fù)極和陰陽極。

（1）高鐵酸鉀被還原后的產(chǎn)物Fe3+水解生成的Fe（OH）3膠體粒子能吸附水中的懸浮雜質(zhì)，可起到凈水的作用，Fe3+水解離子方程式為：Fe3++3H2OFe（OH）3（膠體）+3H+，故答案為Fe3++3H2OFe（OH）3（膠體）+3H+；

鐵離子具有氧化性，鋼鐵設(shè)備中的Fe會(huì)與鐵離子反應(yīng)生成亞鐵離子，離子方程式是：2Fe3++Fe=3Fe2+，故答案為2Fe3++Fe=3Fe2+；

（2）裝置為原電池，若用如圖裝置保護(hù)鐵，X極的電極材料應(yīng)比鐵活潑，可以選擇鋅，故答案為A；

（3）①放電時(shí)，正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，FeO42-獲得電子生成Fe（OH）3，應(yīng)有水參與反應(yīng)，同時(shí)生成氫氧根離子，正極電極反應(yīng)式為：FeO42- + 3e- + 4H2O = Fe(OH)3 + 5OH-；

故答案為FeO42- + 3e- + 4H2O = Fe(OH)3 + 5OH-；

②由圖可知，高鐵電池的優(yōu)點(diǎn)有放電時(shí)間長(zhǎng)，工作電壓穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)；

故答案為使用時(shí)間長(zhǎng)；工作電壓穩(wěn)定；

（4）①圖為電解池，鐵是活潑金屬失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，作為電解池的陽極，石墨得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，作為陰極，溶液中的陰離子向陽極移動(dòng)，陽離子向陰極移動(dòng)，故OH-向陽極即鐵絲網(wǎng)移動(dòng)，故答案為陰；鐵絲網(wǎng)；

②K2FeO4能消毒、凈水的原因是高價(jià)鐵具有氧化性，能消毒殺菌，生成Fe3+形成膠體，具有吸附水中懸浮物的凈水作用，電解時(shí)陽極Fe失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陽極的電極反應(yīng)式為Fe - 6e- + 8OH- = FeO42- + 4H2O，故答案為Fe - 6e- + 8OH- = FeO42- + 4H2O；

③維持電流強(qiáng)度為6A，電解5小時(shí)，時(shí)間為18000s，F=96500 C/mol，Q=It=6C/s×18000s，通過的電子為，則理論上可制得K2FeO4的最大質(zhì)量=≈36.9g，

故答案為36.9g；

（5）要使溶液不產(chǎn)生沉淀，則溶液中c（OH-）==mol/L =2×10-13mol/L，溶液中c（H+）===0.05mol/L，加入稀鹽酸體積==12.5mL；

故答案為12.5mL。