Question

15．高铁酸钾（K₂FeO₄）是一种绿色氧化剂，在许多领域展现出广阔的应用前景．
（1）湿法制备K₂FeO₄：在KOH溶液中，用KC1O直接氧化Fe（NO₃）₃即可制得K₂FeO₄．该反
应的离子方程式为3ClO^-+2Fe³⁺+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．
（2）测定K₂FeO₄：样品纯度：
i．称取样品mg，加入到盛有过量碱性亚铬酸钠[NaCr（OH）₄]溶液的锥形瓶中充分反应；
ii．将所得铬酸钠（Na₂CrO₄）溶液酸化；
iii．在所得Na₂Cr₂O₇溶液中加入8-9滴二苯胺磺酸钠溶液作指示剂，用c mol．L^-1（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液滴定至终点，消耗溶液体积为V mL．整个过程中发生的反应如下：
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利用上述数据计算该样品的纯度为$\frac{\frac{1}{3}×V×1{0}^{-3}×cmol/L×198g/mol}{mg}$．（用含字母的代数式表示）．
（3）高铁酸盐在水溶液中有四种含铁形体．25℃时，它们的物质的量分数随pH的变化如图所示：
①pH=2.2时，溶液中主要含铁形体浓度的大小关系为c（H₂FeO₄）＞c（H₃FeO₄⁺）＞c（HFeO₄^-）；为获得尽可能纯净的高铁酸盐，pH应控制在
≥9．
②已知H₃FeO₄⁺的电离常数分别为：K₁=2.51×10^-2，K₂=4.16×10^-4，K₃=5.01×10^-8，当pH=4时，溶液中$\frac{c（HFe{O}_{4}^{-}）}{c（{H}_{2}Fe{O}_{4}）}$=4.16．
③向pH=6的高铁酸盐溶液中加入KOH溶液，发生反应的离子方程式为HFeO₄^-+OH^-=FeO₄^2-+H₂O．
（4）某新型电池以金属锂为负极，K₂FeO₄为正极，溶有LiPF₆的有机溶剂为电解质．工作时Li⁺通过电解质迁移入K₂FeO₄晶体中，生成K₂Li_xFeO₄．该电池的正极反应式为K₂FeO₄+xe^-+xLi⁺=K₂Li_xFeO₄．

Answer 1

分析 （1）根据题干信息：在KOH溶液中，用KC1O直接氧化Fe（NO₃）₃即可制得K₂FeO₄来书写离子方程式；
（2）①反应中Cr的化合价从+3价升高到了+6价，失去3mol电子，Fe元素的化合价从+6价降低到了+3价，得到3mol电子，根据电子守恒、元素守恒来配平方程式；
②根据发生的反应得到如下关系：K₂FeO₄～CrO₄^2-～0.5Cr₂O₇^2-～3Fe²⁺，据此计算；
（3）①根据pH和组分的物质的量分数之间的关系来判断；为获得尽可能纯净的高铁酸盐，要求溶液中只含有高铁酸根离子，据图数据回答；
②已知H₃FeO₄⁺的电离常数分别为：K₁=2.51×10^-2，K₂=4.16×10^-4，据电离平衡常数表达式计算；
③据图示可以看出pH=6的高铁酸盐溶液中含有HFeO₄^-，加入KOH溶液会发生反应；
（4）在原电池中，K₂FeO₄在正极上发生得电子的还原反应，据此书写电极反应式．

解答 解：（1）在KOH溶液中，用KC1O直接氧化Fe（NO₃）₃即可制得K₂FeO₄，即次氯酸根离子氧化铁离子的过程，反应的离子方程式为：3ClO^-+2Fe³⁺+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，故答案为：3ClO^-+2Fe³⁺+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
（2）①反应中Cr的化合价从+3价升高到了+6价，失去3mol电子，Fe元素的化合价从+6价降低到了+3价，得到3mol电子，根据电子守恒，所以Cr（OH）₄^-、FeO₄^2-、Fe（OH）₃（H₂O）₃↓、CrO₄^2-的前边系数都是1，根据电荷守恒，产物还有1molOH^-，根据H、O元素守恒，所以反应物加上3mol水，即Cr（OH）₄^-+FeO₄^2-+3H₂O=Fe（OH）₃（H₂O）₃↓+CrO₄^2-+OH^-，故答案为：1；1；3H₂O；1；1；1OH^-；
②根据发生的反应得到如下关系：K₂FeO₄～CrO₄^2-～0.5Cr₂O₇^2-～3Fe²⁺，用c mol．L^-1（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液滴定至终点，消耗溶液体积为V mL，即消耗Fe²⁺的物质的量是cV×10^-3mol，所以该样品的纯度为$\frac{\frac{1}{3}×V×1{0}^{-3}×cmol/L×198g/mol}{mg}$，故答案为：$\frac{\frac{1}{3}×V×1{0}^{-3}×cmol/L×198g/mol}{mg}$；
（3）①根据pH和组分的物质的量分数之间的关系图，得出：c（H₂FeO₄）＞c（H₃FeO₄⁺）＞c（HFeO₄^-）；为获得尽可能纯净的高铁酸盐，要求溶液中只含有高铁酸根离子，需要pH≥9；故答案为：c（H₂FeO₄）＞c（H₃FeO₄⁺）＞c（HFeO₄^-）；≥9；
②已知H₃FeO₄⁺的电离常数分别为：K₁=2.51×10^-2，K₂=4.16×10^-4，当pH=4时，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，
故答案为：4.16；
③向pH=6的高铁酸盐溶液中（据图示可以看出其中含有HFeO₄^-）加入KOH溶液，则HFeO₄^-和KOH溶液之碱反应，即HFeO₄^-+OH^-=FeO₄^2-+H₂O，故答案为：HFeO₄^-+OH^-=FeO₄^2-+H₂O；
（4）在原电池中，K₂FeO₄在正极上发生得电子的还原反应，电极反应式为：K₂FeO₄+xe^-+xLi⁺=K₂Li_xFeO₄，故答案为：K₂FeO₄+xe^-+xLi⁺=K₂Li_xFeO₄．

点评 本题综合考查学生电化学电极反应式的书写、溶液中离子之间的反应，侧重学生识图能力的考查，难度中等．