Question

高铁酸钾（K2FeO4）是一种高效多功能水处理剂，具有极强的氧化性．（1）已知：4FeO42-+10H2O?4Fe（OH）3+

高铁酸钾（K2FeO4）是一种高效多功能水处理剂，具有极强的氧化性．（1）已知：4FeO42-+10H2O?4Fe（OH）3+8OH-+3O2↑．K2FeO4在处理水的过程中所起的作用有______．同浓度的高铁酸钾在pH为4.74、7.00、11.50的水溶液中最稳定的是pH=______的溶液．（2）高铁酸钾有以下几种常见制备方法：干法Fe2O3、KNO3、KOH混合加热共熔生成紫红色高铁酸盐和KNO2等产物湿法强碱性介质中，Fe（NO3）3与NaClO反应生成紫红色高铁酸盐溶液电解法制备中间产物Na2FeO4，再与KOH溶液反应①干法制备K2FeO4的反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为______．②湿法制备中，若Fe（NO3）3加入过量，在碱性介质中K2FeO4与Fe3+发生氧化还原反应生成K3FeO4，此反应的离子方程式：______．③制备中间产物Na2FeO4，可采用的装置如图所示，则阳极的电极反应式为______．（3）比亚迪双模电动汽车使用高铁电池供电，其总反应为：3Zn+2K2FeO4+8H2O 放电充电3Zn（OH）2+2Fe（OH）3+4KOH放电时负极材料为______，正极反应为：______．（4）25℃时，CaFeO4的Ksp=4.54×l0-9，若要使1000L，含有2.0×l0-4 mol?L-lK2FeO4的废水中的c（FeO42-）有沉淀产生，理论上至少加入Ca（OH）2的物质的量为______mol．

Answer 1

（1）K₂FeO₄具有强氧化性，能够消毒杀菌；同时FeO₄^2- 被还原成Fe³⁺，Fe³⁺水解形成Fe（OH）₃胶体，能够吸附水中悬浮杂质；4FeO₄^2-+10H₂O?4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂↑，增大溶液中的氢氧根离子浓度，能够使平衡逆向移动，抑制高铁酸根离子的水解，所以同浓度的高铁酸钾在pH为11.50的水溶液中最稳定；
故答案为：杀菌消毒、吸附悬浮物；11.50；
（2）①Fe元素化合价升高，化合价由+3价升高到+6价，被氧化，Fe₂O₃做还原剂；N元素化合价由+5价降低到+3价，
KNO₃做氧化剂，设氧化剂物质的量为xmol，还原剂物质的量为ymol，要使氧化剂得到电子总数等于还原剂失去电子总数，x×（5-3）=y×2×（6-3），解得x：y=3：1；
故答案为：3：1；
②由信息可知，碱性介质中K₂FeO₄与Fe³⁺发生氧化还原反应生成K₃FeO₄，根据元素守恒还应生成H₂O，反应中FeO₄^2-→FeO₄^3-，铁元素化合价由+6价降低为+5价，总共降低1价，Fe³⁺→FeO₄^3-，铁元素化合价由+3价升高为+5价，总共升高2价，化合价升降最小公倍数为2，所以FeO₄^2-系数为2，Fe³⁺系数为1，根据铁元素守恒确定FeO₄^3-系数为3，根据电荷守恒确定OH^-系数8，根据氢元素守恒确定H₂O系数为4，反应离子方程式为2FeO₄^2-+Fe³⁺+8OH^-=3FeO₄^3-+4H₂O；
故答案为：2FeO₄^2-+Fe³⁺+8OH^-=3FeO₄^3-+4H₂O；
③电解时阳极Fe失电子发生氧化反应，电极反应方程式为Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O；
故答案为：Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O；
（3）放电时，为原电池，依据3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O

放电

充电

3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH，锌化合价升高，发生氧化反应，做负极，高铁酸根离子在正极得到电子，发生还原反应生成氢氧化铁，电极反应式为：FeO₄^2-+4H₂O+3e^-═Fe（OH）₃+5OH^-；
故答案为：Zn；FeO₄^2-+4H₂O+3e^-═Fe（OH）₃+5OH^-；
（4）解：设加入Ca（OH）₂的物质的量为xmol，则溶液中钙离子浓度为x×10^-3mol/L，含有2.0×l0^-4 mol?L^-lK₂FeO₄的废水中的c（FeO₄^2-）=2.0×l0^-4 mol?L^-l，
Qc=x×10^-3mol/L×2.0×l0^-4 mol?L^-l=Ksp=4.54×l0^-9；
解得：x=2.27×10^-2；
故答案为：2.27×10^-2．