Question

高铁酸钾（K₂FeO₄）具有极高的氧化性，且其还原产物为铁锈，对环境无不良影响．因该物质具有“绿色”、选择性高、活性强等特点受到人们关注．
I、高铁酸钾制备方法之一为：①在一定温度下，将氯气通入KOH溶液中制得次氯酸钾溶液；②在剧烈搅拌条件下，将Fe（NO₃）₃分批加入次氯酸钾溶液中，控制反应温度，以免次氯酸钾分解；③加 KOH至饱和，使K₂FeO₄ 充分析出，再经纯化得产品，其纯度在95%以上．
（1）氯碱工业中制备氯气的化学方程式是

 

；
（2）温度过高会导致次氯酸钾分解生成两种化合物，产物之一是氯酸钾（KClO₃），另一种产物应该是

 

（写化学式）
（3）制备过程有一步反应如下，请配平此方程式（将计量数填入方框中）：

 

Fe（OH）₃+

 

ClO^-+

 

OH^-═

 

Fe

O

2- 4

+

 

Cl^-+

 

H₂O
Ⅱ、为探究高铁酸钾的某种性质，进行如下两个实验：

实验1：将适量K₂FeO₄分别溶解于pH 为 4.74、7.00、11.50 的水溶液中，配得FeO₄^2-浓度为 1.0mmol?L^-1（1mmol?L^-1=10^-3mol?L^-1）的试样，静置，考察不同初始 pH 的水溶液对K₂FeO₄某种性质的影响，结果见图1（注：800min后，三种溶液中高铁酸钾的浓度不再改变）．
实验2：将适量 K₂FeO₄ 溶解于pH=4.74 的水溶液中，配制成FeO₄^2-浓度为 1.0mmol?L^-1 的试样，将试样分别置于 20℃、30℃、40℃和 60℃的恒温水浴中，考察不同温度对K₂FeO₄某种性质的影响，结果见图2．
（4）实验1的目的是

 

；
（5）实验2可得出的结论是

 

；
（6）高铁酸钾在水中的反应为4FeO₄^2-+10H₂O?4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂↑．
由图1可知，800min时，pH=11.50的溶液中高铁酸钾最终浓度比pH=4.74的溶液中高，主要原因是

 

；
Ⅲ、高铁酸钾还是高能电池的电极材料．例如，Al-K₂FeO₄电池就是一种高能电池（以氢氧化钾溶液为电解质溶液），该电池放电时负极反应式是

 

．

Answer 1

分析：I、（1）氯碱工业是利用电解饱和食盐水制取氯气；
（2）根据次氯酸钾分解时氯元素的化合价的变化分析；
（3）利用质量守恒定律和电子守恒来配平反应的化学方程式；
II、（4）由图1可知该实验探究不同PH时，高铁酸钾的稳定性；
（5）由图2可知温度越高，高铁酸钾的浓度越小；
（6）根据高铁酸钾在水中存在的平衡移动分析；
III、Al-K₂FeO₄电池中Al做负极失去电子，碱性条件下生成AlO₂^-．

解答：解：I、（1）氯碱工业是利用电解饱和食盐水制取氯气，同时生成氢气和氢氧化钠，反应的化学方程式为：2NaCl+2H₂O

电解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，
故答案为：2NaCl+2H₂O

电解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑；
（2）次氯酸钾中Cl的化合价为+1价，分解时生成氯酸钾（KClO₃）中氯元素的化合价为+5价，则另一种产物的化合价应该比次氯酸钾中Cl的化合价低，所以另一产物的化合价为-1价，不能为0价，0价为Cl₂；即另一种产物为NaCl，
故答案为：NaCl；
（3）Fe（OH）₃+ClO^-+OH^-→FeO₄^2-+Cl^-+H₂O，反应中Fe（OH）₃→FeO₄^2-，Fe元素从+3价升高到+6价，转移3个电子，ClO^-→Cl^-，Cl元素从+1价降低到-1价，得到2个电子，根据得失电子守恒，Fe（OH）₃的计量数为2，ClO^-的计量数为3，再根据原子守恒配平方程式为：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，
故答案为：2；3；4；2；3；5；
II、（4）由图1可知PH越大，高铁酸钾浓度越大，说明其稳定性越强，所以该实验是探究不同PH时，高铁酸钾的稳定性，
故答案为：探究高铁酸钾在不同pH溶液中的稳定性；
（5）由图2可知温度越高，高铁酸钾的浓度越小，说明其稳定性越差，
故答案为：温度越高，高铁酸钾越不稳定；
（6）高铁酸钾在水中的反应为4FeO₄^2-+10H₂O?4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂↑，当溶液中氢氧根离子的浓度增大，该平衡逆向移动，高铁酸钾的浓度增大，所以pH=11.50的溶液中高铁酸钾最终浓度比pH=4.74的溶液中高，
故答案为：pH=11.50溶液中OH^-离子浓度大，使上述平衡向左移动；
III、已知Al-K₂FeO₄电池就是一种高能电池，以氢氧化钾溶液为电解质溶液，该电池中Al做负极失去电子，碱性条件下生成AlO₂^-，所以其负极电极反应式为：Al-3e^-+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案为：Al-3e^-+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O．

点评：本题考查了氯碱工业的原理、氧化还原反应产物的判断、方程式的配平、探究实验、平衡移动原理的应用、电极方程的书写等，考查的知识点较多，题目综合性强，难度大．