Question

高铁酸钾（K₂FeO₄）是铁的一种重要化合物，具有极强的氧化性．

（1）将适量K₂FeO₄溶解于pH=4.74的溶液中，配制成c（FeO₄^2-）=1.0×10^-3mol?L^-的试样，将试样分别置于20℃、30℃、40℃和60℃的恒温水浴中，测定c（FeO₄^2-）随时间变化的结果如图1所示．
该实验的目的是______；FeO₄^2-发生反应的△H______0（填“＞”“＜”或“=”）
（2）将适量K₂FeO₄分别溶解于pH=4.74、7.00、11.50的水溶液中，配制成c（FeO₄^2-）=1.0×10^-3 mol?L^-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，其变化图象见图2，800min时，在pH=11.50的溶液中，K₂FeO₄的浓度比在pH=4.74的溶液中高，主要原因是______．
（3）电解法是工业上制备K₂FeO₄的一种方法．以铁为阳极电解氢氧化钠溶液，然后在阳极溶液中加入KOH，即在高铁酸钠溶液中加入KOH至饱和可析出高铁酸钾（K₂FeO₄），说明______．电解时阳极发生反应生成FeO₄^2-，该电极反应式为______．
（4）与MnO₂-Zn电池类似，K₂FeO₄-Zn也可以组成高铁电池，K₂FeO₄在电池中作正极材料，其电极反应式为FeO₄^2-+3eˉ+4H₂O→Fe（OH）₃+5OHˉ，则该电池总反应的离子方程式为______．如图3为高铁酸钾电池和高能碱性电池放电曲线，由此可得出的高铁酸钾电池的优点有______、______．

Answer 1

【答案】分析：（1）由图1数据可知，温度越高，相同时间内FeO₄^2-浓度变化越快，高铁酸钾溶液平衡时FeO₄^2-浓度越小；温度越高FeO₄^2-浓度越小，正向反应是吸热反应；
（2）由图2数据可知，溶液pH越小，相同时间内FeO₄^2-浓度变化越快，高铁酸钾溶液平衡时FeO₄^2-浓度越小；高铁酸钾在水中的反应为4FeO₄^2-+10H₂O?4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂↑，碱性越强，OH^-离子浓度大；
（3）以铁为阳极电解氢氧化钠溶液，阳极电极反应为铁失电子发生氧化反应；然后在阳极溶液中加入KOH，即在高铁酸钠溶液中加入KOH至饱和可析出高铁酸钾（K₂FeO₄），说明同温度下，高铁酸钾的溶解度比高铁酸钠的溶解度小；电解时阳极发生反应生成FeO₄^2-，依据化合价的变化和电荷守恒书写电极反应；
（4）原电池的负极发生氧化反应，正极电极反应式为：①FeO₄^2-+3eˉ+4H₂O→Fe（OH）₃+5OHˉ；负极电极反应为：②Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂；依据电极反应的电子守恒，①×2+②×3合并得到电池反应为：3Zn+2FeO₄^2-+8H₂O=3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4OHˉ；由图知高铁电池比高能碱性电池放电时间长．
解答：解：（1）由图1数据可知，温度越高，相同时间内FeO₄^2-浓度变化越快，高铁酸钾溶液平衡时FeO₄^2-浓度越小，温度越高FeO₄^2-浓度越小，正向反应是吸热反应；
故答案为：温度越高，高铁酸钾越不稳定（或温度越高，高铁酸钾与水反应的速率越快）；＞
（2）由图2数据可知，溶液pH越小，相同时间内FeO₄^2-浓度变化越快，高铁酸钾溶液平衡时FeO₄^2-浓度越小．高铁酸钾在水中的反应为4FeO₄^2-+10H₂O?4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂↑，pH=11.50的溶液中OH^-离子浓度大，使上述平衡向左移动，
FeO₄^2-浓度增大，不利于K₂FeO₄与水的反应正向进行；
故答案为：pH=11.50的溶液中OH^-离子浓度大，使上述平衡向左移动，不利于K₂FeO₄与水的反应正向进行；
（3）以铁为阳极电解氢氧化钠溶液，然后在阳极溶液中加入KOH，即在高铁酸钠溶液中加入KOH至饱和可析出高铁酸钾（K₂FeO₄），说明同温度下，高铁酸钾的溶解度比高铁酸钠的溶解度小；阳极是铁失电子在碱性溶液中发生氧化反应生成FeO₄^2-；电极反应为：Fe+8OHˉ-6eˉ=FeO₄^2-+4H₂O；
故答案为：同温度下，高铁酸钾的溶解度比高铁酸钠的溶解度小；Fe+8OHˉ-6eˉ=FeO₄^2-+4H₂O；
（4）原电池的负极发生氧化反应，正极电极反应式为：①FeO₄^2-+3eˉ+4H₂O→Fe（OH）₃+5OHˉ；负极电极反应为：②Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂；依据电极反应的电子守恒，①×2+②×3合并得到电池反应为：3Zn+2FeO₄^2-+8H₂O=3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4OHˉ；由图3知高铁电池比高能碱性电池放电时间长，工作电压稳定；
故答案为：3Zn+2FeO₄^2-+8H₂O=3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4OHˉ；放电时间长，工作电压稳定；
点评：本题考查学生阅读题目获取信息的能力、氧化还原反应、电解原理的应用，原电池的工作原理的应用，电极反应，电极产物的判断等，难度中等，要求学生要有扎实的基础知识和灵活运用知识解决问题的能力．注意基础知识的全面掌握．