Question

【題目】高鐵酸鉀是綠色、環保型水處理劑。工業上利用硫酸亞鐵為原料，通過鐵黃(FeOOH)制備高鐵酸鉀，可降低生產成本且產品質量優。工藝流程：

回答下列問題：

(1)已知：常溫下，Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10—38。高鐵酸鉀的凈水能力與廢水的pH有關，當溶液pH=2時，廢水中c(Fe3+)=_______________molL﹣1

(2)制備鐵黃的離子方程式為_______________。實驗測得反應溶液的pH、溫度對鐵黃產率的影響如圖所示。反應溫度宜選擇_________。

(3)①高鐵酸鹽在水溶液中有四種含鐵形體。25℃時，它們的物質的量分數隨pH的變化如圖所示：

pH=2.6時，溶液中主要含鐵形體濃度的大小關系為________。

②已知H3FeO4+電離常數分別為：K1=2.51×10—2，K2=4.16×10—4，K3=5.01×10—8，當pH=4時，溶液中=________。

(4)工業上還可用通過電解濃NaOH溶液制備Na2FeO4，其工作原理如圖所示：陽極的電極反應式為__________；其中可循環使用的物質____________。

Answer 1

【答案】0.04 12Fe2++3O2+2H2O=4FeOOH+8Fe3+ 40℃ c(H2FeO4)＞c(HFeO4－)＞c(H3FeO4+) 4.16 Fe+8OH－-6e-=FeO42- +4H2O NaOH溶液

【解析】

FeSO4溶液中通入O2，在催化劑作用下發生反應12FeSO4+3O2+2H2O=4FeOOH+4Fe2(SO4)3；NaOH溶液中通入Cl2，發生反應2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+H2O，兩溶液混合后發生反應2FeOOH+3NaClO+4NaOH=2Na2FeO4+3NaCl+3H2O。高鐵酸鈉與氯化鉀反應生成高鐵酸鉀，據此解答。

(1)pH=2時，c(OH-)=10-12mol/L，廢水中c(Fe3+)=molL﹣1=0.04molL﹣1。答案為：0.04；

(2)由以上分析知，制備鐵黃的離子方程式為12Fe2++3O2+2H2O=4FeOOH+8Fe3+。從圖中可以看出，40℃時FeOOH的產率最大，所以反應溫度宜選擇40℃。答案為：12Fe2++3O2+2H2O=4FeOOH+8Fe3+；40℃；

(3)①從圖中可以看出，pH=2.6時，溶液中主要含鐵形體濃度的大小關系為c(H2FeO4)＞c(HFeO4－)＞c(H3FeO4+)。答案為：c(H2FeO4)＞c(HFeO4－)＞c(H3FeO4+)；

②pH=4時，計算溶液中，應使用包含兩種離子的電離平衡H2FeO4H++HFeO4-，K2=，所以==4.16。答案為：4.16；

(4)通過電解濃NaOH溶液制備Na2FeO4，陽極為Fe，電極反應式為Fe+8OH－-6e-=FeO42- +4H2O，陰極為Ni，電極反應式為6H2O+6e-=6OH- +3H2↑，電解后NaOH溶液的濃度減小，但可以循環使用，所以可循環使用的物質為NaOH溶液。答案為：Fe+8OH－-6e-=FeO42- +4H2O；NaOH溶液。