高中化学必须掌握的基本常识(高中化学重难点讲解)(1)

高考化学当中的高铁酸钾

由于高铁酸盐(Na2FeO4、K2FeO4)是正六价铁盐,所以具有很强的氧化性。它溶于水后能产生大量的原子氧,从而非常有效地杀灭水中的病菌和病毒。同时,自身被还原成新物质Fe(OH)3,这是一种品质优良的无机絮凝剂,能高效地吸附水中的微细悬浮物并转化为沉淀。实验证明,由于其强烈的氧化和絮凝共同作用,高铁酸盐的消毒和除污效果,全面优于氯系消毒剂和高锰酸盐。因此,高铁酸盐被科学家们公认为绿色消毒剂。

1、结构

FeO42-的结构式如下:

高中化学必须掌握的基本常识(高中化学重难点讲解)(2)

其中,FeO42-中的四个铁氧键基本相同,Fe原子具有正四面体结构。构成高铁酸钾晶胞的基本结 构单元是FeO42-,每个晶胞中含有4个K2FeO4 “分 子”。

2、物理性质

纯高铁酸钾是具有紫黑色光泽的细微结晶粉 末,含杂质(如KCl、KOH)的高铁酸钾呈灰黑色。干 燥的高铁酸钾在198℃以下是稳定的,它极易溶于水而形成类似高锰酸钾的紫红色溶液。

3、化学性质

(1) 不稳定性

高铁酸钾仅在浓碱溶液中能暂时存在,稀释时 便会逐渐分解放出氧气。

(2) 强氧化性

Fe(III)作为还原剂时的标准电极电势如下:

高中化学必须掌握的基本常识(高中化学重难点讲解)(3)

从电极电势可以看出,在酸性介质中FeO42-是 一个强氧化剂,一般的氧化剂很难把Fe3+氧化成 FeO42-;相反,在碱性介质中,Fe(III)却能被一些氧化剂如NaClO所氧化。

高铁酸钾是比KMnO4、O3、Cl2、ClO2等氧化性更强的氧化剂。在碱性和中性环境下,其水溶液可氧化水而自身分解

4FeO42-+4H2O=2Fe2O3+8OH+3O2

2FeO42-+5H2O=2Fe(OH)3+4OH+3/2O2

高铁酸钾在酸性介质中的氧化性强于碱性介质,且迅速分解而生成 Fe3+; 2FeO42-+ 10H=2Fe3++3/2O2+5H2O

(1) 高铁电池是一种新 型可充电电池,与普通高能电池相比,该电池能较长时间保持稳定电压。高铁电池的总反应为:

高中化学必须掌握的基本常识(高中化学重难点讲解)(4)

下列叙述不正确的是( )

A. 放电时负极反应为Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2

B. 充电时阳极反应为Fe(OH)3 -3e-+5OH=FeO42- +4H2O

C. 放电时每转移3mol 电子,正极有1mol K2FeO4 被氧化

D. 放电时正极附近溶液的碱性增强

解析:根据题给总反应式,髙铁电池放电时必是锌在负极失去电子,高铁酸钠在正极得到电 子。充电时,阳极上氢氧化铁转化成高铁酸钠。放 电时正极附近生成OH离子,碱性要增强。本题考查考生运用原电池、电解等基础理论解决新情景问题的能力,试题又跟能源问题相联系,很有吸引 力。

答案:C

(2)铁合金是金属材 料王国的霸主,亚铁盐、铁盐、髙铁酸盐等铁的重 要化合物在不同领域中个扮演着重要的角色。这些 化合物之间可以相互转化,利用转化过程中发生的 特征变化,不仅能够实现物质或能量的转化,还用 于化学的定性或定量研究。

高中化学必须掌握的基本常识(高中化学重难点讲解)(5)

已知4FeO42-只能在强碱性介质中稳定存在,在 酸性介质或水中不稳定,

如4FeO42-+20H =4Fe3++3O2+10H2O ;

4FeO42-+ 10H2O = 4Fe(OH)3+3O2+8OH

请利用下列用品:FeCl2溶液(浅绿色)、FeCl3溶液(黄 色)、Na2FeO4溶液(紫红色)、铁粉、KSCN溶液、NaOH 溶液、NaClO溶液、盐酸、金属锌片、惰性电极(或放电 物质做电极)材料、蒸馏水及必要的实验仪器,完 成下列任务:

①设计一个实现上述转化①或者④的 实验方案(要求产物纯净),写出简要的实验步骤。

②在浓碱中,用NaClO可以实现转化②,这一 反应的离子方程式为(不必配平) 。

③一种新型高能碱性电池利用转化③将化学能 转化为电能,该电池由电解质(KOH水溶液)、 K2FeO4、金属锌及必要的填充材料构成。该电池放电时发生反应的化学方程式为 (不必配平)

④高铁酸盐是比高锰酸盐更强的氧化剂,研究证明它是一种“绿色环保高效”净水剂。目前国内 外广泛使用的含氯饮用水消毒剂(均为含氯的物 质:如漂白粉、氣气和二氧化氯等,它们具很好的杀菌效果,但不能除去水中的悬浮杂质,为了除去水中的细微悬浮物,还需另外添加絮凝剂,如聚合铝的氯化物。高铁酸盐的性能更为优良,为什么说它作为净水剂是“绿色环保髙效”的)? 。

解析:本题起点高,但是落点非常低。(1) 本小题是一道开放性试题,可以根据自己的知识储 备任意选择一种情况;(2)、(3)考查考生对氧化还原 基础知识的理解和应用能力;(4)考查考生对胶体知 识的了解及在日常生活中的应用。

答案:(1),④:在三氣化铁溶液中加入过量 的铁粉,充分反应后,过滤,滤液在氯化氢的蒸气中蒸干,可得氯化亚铁固体。

(2) 3ClO+2Fe(OH)3+4OH=2FeO42-+3Cl+5H2O

(3) 2K2FeO4+3Zn+8H2O = 2Fe (OH)3+3Zn (OH)2+4KOH

(4) 该净水剂在杀菌消毒的过程中被还原为+3 价的铁,形成具有强吸附性的氢氧化铁,通过吸附 与水中的细微悬浮物共同聚沉,对环境和生命体都 不会构成危害。

(1997•上海.27)高铁酸钠(Na2FeO4)是水处理 过程中使用的一种新型净水剂,它氧化性比高锰酸 钾更强,本身在反应中被还原为Fe3+离子。

①配平制取高铁酸钠的化学方程式:_ Fe(NO3)3+__NaOH+ Cl2 =__ Na2FeO4+ NaNO3+__NaCl+ H2O;反应中______ 元素被氧化,转移电子总数为_______

②高铁酸钠之所以能净水,除了能消毒外,另 一个原因是

解析:本题考査考生配平氧化还原方程式的能 力以及对胶体知识的掌捏和应用。

答案:①根据电子转移守恒,得 2,16,3,2,6,6,8,②Na2FeO4在分解过程中生成Fe (OH)3胶体吸附水中的悬浮物,达到净化水的 目的。

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