Question

高鐵酸鉀（K₂FeO₄）具有極高的氧化性，對環境無不良影響，被人們稱為“綠色化學”試劑．某校化學興趣小組對高鐵酸鉀進行了如下探究．
I、高鐵酸鉀制備：
①在一定溫度下，將氯氣通入KOH溶液中制得次氯酸鉀溶液；②在劇烈攪拌條件下，將Fe（NO₃）₃ 分批加入次氯酸鉀溶液中，控制反應溫度，以免次氯酸鉀分解；③加 KOH至飽和，使K₂FeO₄ 充分析出，再經純化得產品．
（1）溫度過高會導致次氯酸鉀分解生成兩種化合物，產物之一是氯酸鉀（KClO₃），此反應化學方程式是

3KClO=KClO₃+2KCl

．
（2）制備過程的主反應為（a、b、c、d、e、f為化學計量系數）：aFe （OH） ₃+b ClO^-+cOH^-=d FeO₄^2-+e Cl^-+f H₂O，則a：f=

2：5

．
II、探究高鐵酸鉀的某種性質：
實驗1：將適量K₂FeO₄分別溶解于pH 為 4.74、7.00、11.50 的水溶液中，配得FeO₄^2-濃度為 1.0mmol?L^-1（1mmol?L^-1=10^-3mol?L^-1）的試樣，靜置，考察不同初始 pH 的水溶液對K₂FeO₄某種性質的影響，結果見圖1（注：800min后，三種溶液中高鐵酸鉀的濃度不再改變）．

實驗2：將適量 K₂FeO₄ 溶解于pH=4.74 的水溶液中，配制成FeO₄^2-濃度為 1.0mmol?L^-1 的試樣，將試樣分別置于 20℃、30℃、40℃和 60℃的恒溫水浴中，考察不同溫度對K₂FeO₄某種性質的影響，結果見圖2．
（3）實驗1的目的是

探究高鐵酸鉀在不同pH溶液中的穩定性（或與水反應的速率）

；
（4）實驗2可得出的結論是

溫度越高，高鐵酸鉀越不穩定（或溫度越高，高鐵酸鉀與水反應的速率越快）

；
（5）高鐵酸鉀在水中的反應為4FeO₄^2-+10H₂O?4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂↑．
由圖1可知，800min時，pH=11.50的溶液中高鐵酸鉀最終濃度比pH=4.74的溶液中高，主要原因是

PH=11.50的溶液中OH^-離子濃度大，使上述平衡向左移動

；
Ⅲ、用高鐵酸鉀作高能電池的電極材料：
Al-K₂FeO₄電池是一種高能電池（以氫氧化鉀為電解質溶液），該電池放電時負極反應式是：

Al-3e^-+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O

．

Answer 1

分析：I、（1）由題意可得KClO→KClO₃的過程中Cl從+1價升至+5價，得在KClO生成另一產物的過程中化合價要降低，結合另一產物也為化合物的事實，推測Cl的化合價應降至-1價，故另一產物應為KCl；
（2）Fe元素化合價由+3價升至+6價，總共升高3價，Cl元素化合價從+1價降至-1價，總共降低2價，化合價升降最小公倍數為6，所以FeO₄^2-系數為2，Cl^-系數為3，根據鐵元素守恒確定Fe （OH） ₃系數為2，根據氯元素守恒ClO^-系數為3，根據電荷守恒確定OH^-系數，根據元素守恒確定H₂O的系數，據此計算；
II、（3）由圖1數據可知，溶液pH越小，相同時間內FeO₄^2-濃度變化越快，高鐵酸鉀溶液平衡時FeO₄^2-濃度越小；
（4）由圖2數據可知，溫度越高，相同時間內FeO₄^2-濃度變化越快，高鐵酸鉀溶液平衡時FeO₄^2-濃度越小；
（5）高鐵酸鉀在水中的反應為4FeO₄^2-+10H₂O?4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂↑，堿性越強，OH^-離子濃度大；
Ⅲ、原電池的負極發生氧化反應，Al在負極放電，堿性條件下，生成AlO₂^-與H₂O．

解答：解：I、（（1）由題意可得KClO→KClO₃的過程中Cl從+1價升至+5價，得在KClO生成另一產物的過程中化合價要降低，結合另一產物也為化合物的事實，推測Cl的化合價應降至-1價，故另一產物應為KCl，反應方程式為3KClO=KClO₃+2KCl，故答案為：3KClO=KClO₃+2KCl；
（2）Fe元素化合價由+3價升至+6價，總共升高3價，Cl元素化合價從+1價降至-1價，總共降低2價，化合價升降最小公倍數為6，所以FeO₄^2-系數為2，Cl^-系數為3，根據鐵元素守恒確定Fe （OH） ₃系數為2，根據氯元素守恒ClO^-系數為3，根據電荷守恒確定OH^-系數2×2+3-3=4，根據H元素守恒確定H₂O的系數為5，所以a：f=2：5，故答案為：2：5；
II、（3）由圖1數據可知，溶液pH越小，相同時間內FeO₄^2-濃度變化越快，高鐵酸鉀溶液平衡時FeO₄^2-濃度越小．所以實驗1的目的是探究高鐵酸鉀在不同pH溶液中的穩定性（或與水反應的速率），故答案為：探究高鐵酸鉀在不同pH溶液中的穩定性（或與水反應的速率）；
（4）由圖2數據可知，溫度越高，相同時間內FeO₄^2-濃度變化越快，高鐵酸鉀溶液平衡時FeO₄^2-濃度越小，
故答案為：溫度越高，高鐵酸鉀越不穩定（或溫度越高，高鐵酸鉀與水反應的速率越快）；
（5）高鐵酸鉀在水中的反應為4FeO₄^2-+10H₂O?4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂↑，pH=11.50的溶液中OH^-離子濃度大，使上述平衡向左移動，FeO₄^2-濃度增大，
故答案為：pH=11.50的溶液中OH^-離子濃度大，使上述平衡向左移動；
Ⅲ、原電池的負極發生氧化反應，Al在負極放電，堿性條件下，生成AlO₂^-與H₂O，電極反應式為Al-3e^-+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
故答案為：Al-3e^-+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O．

點評：本題考查學生閱讀題目獲取信息的能力、氧化還原反應、鹽類水解等，難度中等，要求學生要有扎實的基礎知識和靈活運用知識解決問題的能力．注意基礎知識的全面掌握．