高考化学高频物质高铁酸钾的化学性质 自己整理.docx

1、高考化学高频物质高铁酸钾的化学性质 自己整理高考明星高铁酸钾的化学性质 一、高铁酸钾的化学性质高铁酸钾(potassium ferrate)是20世纪70年代以来开发的一种继臭氧、过氧化氢、二氧化氯之后一种新型水处理剂,它能快速杀灭水中的细菌和病毒,且不会生成三氯甲烷、氯代酚等次级衍生物。纯高铁酸钾是一种暗紫色、有金属光泽的粉末状晶体,其化学分子式为K2FeO4,热稳定性稍差,溶液的pH对其稳定性的影响很大,当pH值为10-11时非常稳定;当pH值为8-l0时,稳定性有所下降;而当pH”或“MnO4-,验证实验如下:将溶液b滴入MnSO4和足量H2SO4的混合溶液中,振荡后溶液呈浅紫色,该现象

2、能否证明氧化性 FeO42 MnO4-,若能,请说明理由;若不能,进一步设计实验方案。理由或方案 。 【答案】（1）2KMnO4+16HCl=2MnCl2+2KCl +5Cl2+8H2O；Cl2+2OH=Cl+ClO+H2O（2）Fe3+；4FeO42+20H+=4Fe3+3O2+10H2O；排除ClO的干扰；溶液的酸碱性不同；若能，理由：FeO42在过量酸的作用下完全转化为Fe3+和O2 ， 溶液浅紫色一定是MnO4的颜色（若不能，方案：向紫色溶液b中滴加过量稀H2SO4 ， 观察溶液紫色快速褪去还是显浅紫色） 【解析】（1）A为氯气发生装置，KMnO4与浓盐酸反应时，锰被还原为Mn2+ ，

3、 浓盐酸被氧化成Cl2 ， KMnO4与浓盐酸反应生成KCl、MnCl2、Cl2和H2O，根据得失电子守恒和原子守恒，反应的化学方程式为2KMnO4+16HCl（浓）=2KCl+2MnCl2+5Cl2+8H2O，离子方程式为2MnO4-+10Cl-+16H+=2Mn2+5Cl2+8H2O。由于盐酸具有挥发性，所得Cl2中混有HCl和H2O（g），HCl会消耗Fe（OH）3、KOH，用饱和食盐水除去HCl，除杂装置B为 。 C中Cl2发生的反应有3Cl2+2Fe（OH）3+10KOH=2K2FeO4+6KCl+8H2O，还有Cl2与KOH的反应，Cl2与KOH反应的化学方程式为Cl2+2KOH=

4、KCl+KClO+H2O，反应的离子方程式为Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O。（2）根据上述制备反应，C的紫色溶液中含有K2FeO4、KCl，还可能含有KClO等。i.方案I加入KSCN溶液，溶液变红说明a中含Fe3+。但Fe3+的产生不能判断K2FeO4与Cl-发生了反应，根据题意K2FeO4在酸性或中性溶液中快速产生O2 ,自身被还原成Fe3+ ,根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒，可能的反应为4FeO42-+20H+=3O2+4Fe3+10H2O。ii.产生Cl2还可能是ClO-+Cl-+2H+=Cl2+H2O，即KClO的存在干扰判断；K2FeO4微溶于KOH溶液，用KOH

5、溶液洗涤的目的是除去KClO、排除ClO-的干扰，同时保持K2FeO4稳定存在。制备K2FeO4的原理为3Cl2+2Fe（OH）3+10KOH=2K2FeO4+6KCl+8H2O，在该反应中Cl元素的化合价由0价降至-1价，Cl2是氧化剂，Fe元素的化合价由+3价升至+6价，Fe（OH）3是还原剂，K2FeO4为氧化产物，根据同一反应中，氧化性：氧化剂 氧化产物，得出氧化性Cl2 FeO42-；方案II的反应为2FeO42-+6Cl-+16H+=2Fe3+3Cl2+8H2O，实验表明，Cl2和FeO42-氧化性强弱关系相反；对比两个反应的条件，制备K2FeO4在碱性条件下，方案II在酸性条件下

6、；说明溶液的酸碱性的不同影响物质氧化性的强弱。该小题为开放性试题。若能，根据题意K2FeO4在足量H2SO4溶液中会转化为Fe3+和O2 ， 最后溶液中不存在FeO42- ， 溶液振荡后呈浅紫色一定是MnO4-的颜色，说明FeO42-将Mn2+氧化成MnO4- ， 所以该实验方案能证明氧化性FeO42- MnO4-。（或不能，因为溶液b呈紫色，溶液b滴入MnSO4和H2SO4的混合溶液中，c（FeO42-）变小，溶液的紫色也会变浅；则设计一个空白对比的实验方案，方案为：向紫色溶液b中滴加过量稀H2SO4 ， 观察溶液紫色快速褪去还是显浅紫色）【例1】高铁酸钾（K2FeO4）是一种高效多功能水处

7、理剂，具有极强的氧化性（1）已知：4FeO42+10H2O4Fe（OH）3+8OH+3O2K2FeO4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溶液反应干法制备K2FeO4的反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为_湿法制备中，若Fe（NO3）3加入过量，在碱性介质中K2FeO4与Fe3+

8、发生氧化还原反应生成K3FeO4 ， 此反应的离子方程式：_ 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 3Zn（OH）2+2Fe（OH）3+4KOH 放电时负极附近pH变化_ ，正极反应为：_ （4）25时，CaFeO4的Ksp=4.54l09，若要使1000L含有2.0l04 molLlK2FeO4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【答案】（1）K2FeO4具有强氧化性，能够消毒杀菌；同时FeO42 被还原成Fe3+

9、， Fe3+水解形成Fe（OH）3胶体，能够吸附水中悬浮杂；11.50；（2）3：1；2FeO42+Fe3+8OH=3FeO43+4H2O；Fe+8OH6eFeO42+4H2O；（3）增大；FeO42+4H2O+3eFe（OH）3+5OH；（4）2.27102【解析】（1）K2FeO4具有强氧化性，能够消毒杀菌；同时FeO42 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；4FeO42+10H2O4Fe（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；答案

10、为：K2FeO4具有强氧化性，能够消毒杀菌；同时FeO42 被还原成Fe3+ ， Fe3+水解形成Fe（OH）3胶体，能够吸附水中悬浮杂；11.50；（2）Fe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（53）=y2（63），解得x：y=3：1；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FeO42FeO43 ， 铁元素化合价由+6价降低为+

11、5价，总共降低1价，Fe3+FeO43 ， 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FeO42系数为2，Fe3+系数为1，根据铁元素守恒确定FeO43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2FeO42+Fe3+8OH=3FeO43+4H2O；电解时阳极Fe失电子发生氧化反应，电极反应方程式为Fe+8OH6eFeO42+4H2O；（3）放电时，为原电池，依据3Zn+2K2FeO4+8H2O=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

12、应生成氢氧化铁，电极反应式为：FeO42+4H2O+3eFe（OH）3+5OH；（4）设加入Ca（OH）2的物质的量为xmol，则溶液中钙离子浓度为x103mol/L，含有2.0l04 molLlK2FeO4的废水中的c（FeO42）=2.0l04 molLl ， Qc=x103mol/L2.0l04 molLl=Ksp=4.54l09；解得：x=2.27102； 【例2】 高铁酸钾（K2FeO4）是一种集氧化、吸附、絮凝于一体的新型多功能水处理剂其生产工艺如下： （1）反应应在温度较低的情况下进行，因在温度较高时KOH 与Cl2反应生成的是KClO3 ，写出在温度较高时KOH 与Cl2反应的

13、化学方程式_ ，该反应的氧化产物是_ （2）在溶液I中加入KOH固体的目的是 （填编号） A.与溶液I中过量的Cl2继续反应，生成更多的KClOB.KOH固体溶解时会放出较多的热量，有利于提高反应速率C.为下一步反应提供碱性的环境D.使KClO3转化为 KClO（3）从溶液II中分离出K2FeO4后，还会有副产品KNO3、KCl，则反应中发生的离子反应方程式为_ （4）如何判断K2FeO4晶体已经洗涤干净_ （5）高铁酸钾（K2FeO4）具有极强的氧化性，是一种优良的水处理剂其水溶液中FeO42的存在形态如图所示下列说法正确的是 A.不论溶液酸碱性如何变化，铁元素都有4种存在形态B.向pH=2

14、的这种溶液中加KOH溶液至pH=10，HFeO4的分布分数先增大后减小C.向pH=8的这种溶液中加KOH溶液，发生反应的离子方程式为：H2FeO4+OH=HFeO4+H2O【答案】（1）6KOH+3Cl2 KClO3+5KCl+3H2O；KClO3 （2）AC（3）2Fe3+3ClO+10OH=2FeO42+3Cl+5H2O（4）用试管取少量最后一次的洗涤液，加入硝酸银溶液，无白色沉淀则已被洗净 （5）B 【解析】 （1）据题目信息、氧化还原反应中化合价发生变化确定产物有：KClO3、KCl、H2O，根据电子得失守恒和质量守恒来配平，可得6KOH+3Cl2 KClO3+5KCl+3H2O；Cl

15、2既是氧化剂又是还原剂，氯化合价升高，得到 KClO3 ， KClO3是还原产物 ；（2）A、根据生产工艺流程图，第步氯气过量，加入KOH固体后会继续反应生成KClO，故A正确； B、因温度较高时KOH 与Cl2反应生成的是KClO3 ， 而不是KClO，故B错误；C、第步需要碱性条件，所以碱要过量，故C正确；D、KClO3转化为 KClO，化合价只降不升，故D错误；故答案为：A、C；（3）据题目信息和氧化还原反应中化合价发生变化确定找出反应物：Fe3+、ClO， 生成物：FeO42、Cl， 根据电子得失守恒和质量守恒来配平，可得2Fe3+3ClO+10OH=2FeO42+3Cl+5H2O，故

16、答案为：2Fe3+3ClO+10OH=2FeO42+3Cl+5H2O；（4）因只要检验最后一次的洗涤中无Cl，即可证明K2FeO4晶体已经洗涤干净，方法为试管取少量最后一次的洗涤液，加入硝酸银溶液，无白色沉淀则已被洗净，故答案为：用试管取少量最后一次的洗涤液，加入硝酸银溶液，无白色沉淀则已被洗净；（5）A、不同PH值时，溶液中铁元素的存在形态及种数不相同，比如在PH值等于6时，就只有两种形态，故A错误；B图象分析可知，pH由2变化为10时，HFeO4的分布分数先增大后减小，故B正确；C向pH=8的这种溶液中加KOH溶液，发生反应的离子方程式为：HFeO4+OH=FeO42+H2O，故C错误，

17、【例3】 高铁酸钾（K2FeO4）是一种新型、高效、多功能绿色水处理剂，比Cl2、O2、ClO2、KMnO4氧化性更强，无二次污染，工业上是先制得高铁酸钠，然后在低温下，向高铁酸钠溶液中加入KOH至饱和，使高铁酸钾析出二氧化硒（Se）是一种氧剂，其被还原后的单质硒可能成为环境污染物，通过与浓HNO3或浓H2SO4反应生成SeO2以回收Se 完成下列填空： （1）干法制备高铁酸钠的主要反应为：2FeSO4+6Na2O2= 2NaFeO4+2Na2O+2Na2SO4+O2该反应中的氧化剂是_简要说明K2FeO4作为水处理剂时，在水处理过程中所起的作用_ 。 （2）湿法制备高铁酸钾（K2FeO4）的

18、反应体系中有六种数粒：Fe（OH）3、ClO、OH、FeO42 、Cl、H2O每生成1molFeO42 转移_mol电子，若反应过程中转移了0.3mol电子，则还原产物的物质的量为_mol （3）已知：Se+2H2SO4（浓）2SO2+SeO2+2H2O2SO2+SeO2+2H2OSe+2SO42+4H+SeO2、H2SO4（浓）、SO2的氧化性由强到弱的顺序是_ （4）回收得到的SeO2的含量，可以通过下面的方法测定：SeO2+KI+HNO3Se+I2+KNO3+H2OI2+2Na2S2O3Na2S4O6+2NaI配平方程式，标出电子转移的方向和数目_ 【答案】（1）Na2O2；高铁酸钾具有

19、强氧化性，能杀菌消毒；消毒过程中自身被还原成铁离子，铁离子水解氢氧化铁胶体能吸附除去水中的悬浮杂质（2）3；0.15 （3）H2SO4SeO2SO2 （4）【解析】（1）2FeSO4+6Na2O22Na2FeO4+2Na2O+2Na2SO4+O2中Fe元素的化合价升高，O元素的化合价既升高又降低，则氧化剂为Na2O2 ， 还原剂为FeSO4 ， K2FeO4中Fe元素的化合价为+6价，具有强氧化性，且还原产物铁离子能水解氢氧化铁胶体，胶体具有吸附性能吸附除去水中的悬浮杂质，故答案为：Na2O2；高铁酸钾具有强氧化性，能杀菌消毒；消毒过程中自身被还原成铁离子，铁离子水解氢氧化铁胶体能吸附除去水中

20、的悬浮杂质；（2）Fe元素由+3价升高到+6价，则每生成1molFeO42转移电子为1mol（63）=3mol，Cl为还原产物，由2Fe（OH）3+3ClO+4OH2FeO42+3Cl+5H2O可知，若反应过程中转移了0.3mol电子，则还原产物的物质的量为0.15mol，故答案为：3；0.15；（3）自发进行的氧化还原反应中，氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性，Se+2H2SO4（浓）=2SO2+SeO2+2H2O中氧化剂是H2SO4、氧化产物是SeO2 ， 所以氧化性H2SO4SeO2 ， 2SO2+SeO2+2H2O=Se+2SO42+4H+中氧化剂是SeO2，还原剂是SeO2 ， 所以

21、氧化性SeO2SO2 ， 所以SeO2、H2SO4（浓）、SO2的氧化性由强到弱的顺序是H2SO4SeO2SO2 。（4）反应中I失去电子生成I2 ， 共升高2价，SeO2中+4价Se得到单质还原为单质Se，共降低4价，化合价升降最小公倍数为4，故KI的系数为4，I2的系数为2，SeO2、Se的系数都是1，KNO3的系数为4，H2O的系数为2，配平并标出电子转移的方向和数目 。【例4】 高铁酸钾（K2FeO4）具有强氧化性，可作为水处理剂和高容量电池材料。工业上生产高铁酸钾的工艺流程如下：已知K2FeO4具有下列性质：可溶于水，微溶于KOH溶液，难溶于异丙醇；在0-5，强碱性溶液中比较稳定；在

22、Fe3+和Fe(OH)3催化作用下发生分解；在酸性至弱碱性条件下，能与水反应生成Fe(OH)3和O2，请完成下列填空： （1）已知Cl2与KOH在低温下可制得KClO，请写出化学反应方程式_。 （2）在“反应液”中加KOH固体的目的是_ 。 （3）生产K2FeO4的化学反应方程式为_ ，制备K2FeO4时，须将Fe(NO3)3溶液缓慢滴加到碱性的KClO浓溶液中，并且不断搅拌，采用这种混合方式的原因是_ 。 （4）请补充完整由“反应液”得到K2FeO4晶体的实验步骤。（可选用的试剂：NaOH溶液、KOH溶液、蒸馏水和异丙醇） 向反应液中加入饱和_，在冰水浴中静置结晶后过滤，得K2FeO4粗产品

23、； 将K2FeO4粗产品溶解在_中，再次在冰水浴中静置结晶后过滤，得到较纯净的K2FeO4； 将K2FeO4晶体再用少量_洗涤，低温真空干燥，得到高铁酸钾成品。 （5）从“反应液”中分离出K2FeO4晶体后，可以得到的副产品有_ （写化学式）。 【答案】（1）Cl2+2KOH=KCl+KClO+H2O（2）为下一步反应提供反应物，与反应液中过量的氯气继续反应，生成更多的KClO（3）2Fe(NO3)33KClO10KOH=2K2FeO46KNO33KCl5H2O；减少K2FeO4在过量Fe3+作用下的分解（4）KOH溶液；KOH溶液；异丙醇 （5）KNO3、KCl 【解析】（1）根据已知，Cl2与KOH在低温下的反应类似与Cl2与NaOH在低温下的反应。答案：Cl2+2KOH=KCl+KClO+H2O（2）第一步中氯气过量，则第二步KOH是为了将氯气反应完全，同时生成的KClO也是以下反应的氧化剂，可以使氯气得到充分利用。答案：与反应液中过量的氯气继续反应，生成更多的KClO，提高氯气的利用率，为下一步反应提供反应物。（3）K2FeO4是KClO与F3(NO3)3通过氧化还原反应得到的，则有Fe(NO3)3KClOK2FeO4 ，再充分考虑溶液呈