高铁酸钾(K2FeO4)具有极高的氧化性,对环境无不良影响,被人们称为“绿色化学”试剂.某校化学兴趣小组对高铁酸钾进行了如下探究.
I、高铁酸钾制备:
①在一定温度下,将氯气通入KOH溶液中制得次氯酸钾溶液;②在剧烈搅拌条件下,将Fe(NO3)3 分批加入次氯酸钾溶液中,控制反应温度,以免次氯酸钾分解;③加 KOH至饱和,使K2FeO4 充分析出,再经纯化得产品.
(1)温度过高会导致次氯酸钾分解生成两种化合物,产物之一是氯酸钾(KClO3),此反应化学方程式是______.
(2)制备过程的主反应为(a、b、c、d、e、f为化学计量系数):aFe (OH) 3+b ClO-+cOH-=d FeO42-+e Cl-+f H2O,则a:f=______.
II、探究高铁酸钾的某种性质:
实验1:将适量K2FeO4分别溶解于pH 为 4.74、7.00、11.50 的水溶液中,配得FeO42-浓度为 1.0mmol•L-1(1mmol•L-1=10-3mol•L-1)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,结果见图1(注:800min后,三种溶液中高铁酸钾的浓度不再改变).
实验2:将适量 K2FeO4 溶解于pH=4.74 的水溶液中,配制成FeO42-浓度为 1.0mmol•L-1 的试样,将试样分别置于 20℃、30℃、40℃和 60℃的恒温水浴中,考察不同温度对K2FeO4某种性质的影响,结果见图2.
(3)实验1的目的是______;
(4)实验2可得出的结论是______;
(5)高铁酸钾在水中的反应为4FeO42-+10H2O⇌4Fe(OH)3+8OH-+3O2↑.
由图1可知,800min时,pH=11.50的溶液中高铁酸钾最终浓度比pH=4.74的溶液中高,主要原因是______;
Ⅲ、用高铁酸钾作高能电池的电极材料:
Al-K2FeO4电池是一种高能电池(以氢氧化钾为电解质溶液),该电池放电时负极反应式是:______.
I、((1)由题意可得KClO→KClO3的过程中Cl从+1价升至+5价,得在KClO生成另一产物的过程中化合价要降低,结合另一产物也为化合物的事实,推测Cl的化合价应降至-1价,故另一产物应为KCl,反应方程式为3KClO=KClO3+2KCl,故答案为:3KClO=KClO3+2KCl;
(2)Fe元素化合价由+3价升至+6价,总共升高3价,Cl元素化合价从+1价降至-1价,总共降低2价,化合价升降最小公倍数为6,所以FeO42-系数为2,Cl-系数为3,根据铁元素守恒确定Fe (OH) 3系数为2,根据氯元素守恒ClO-系数为3,根据电荷守恒确定OH-系数2×2+3-3=4,根据H元素守恒确定H2O的系数为5,所以a:f=2:5,故答案为:2:5;
II、(3)由图1数据可知,溶液pH越小,相同时间内FeO42-浓度变化越快,高铁酸钾溶液平衡时FeO42-浓度越小.所以实验1的目的是探究高铁酸钾在不同pH溶液中的稳定性(或与水反应的速率),故答案为:探究高铁酸钾在不同pH溶液中的稳定性(或与水反应的速率);
(4)由图2数据可知,温度越高,相同时间内FeO42-浓度变化越快,高铁酸钾溶液平衡时FeO42-浓度越小,
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);
(5)高铁酸钾在水中的反应为4FeO42-+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,FeO42-浓度增大,
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;
Ⅲ、原电池的负极发生氧化反应,Al在负极放电,碱性条件下,生成AlO2-与H2O,电极反应式为Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O.
故答案为:Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O.