Question

铁、钴(Co)、镍(Ni)是同族元素，都是较活泼的金属，它们的化合物在工业上有重要的应用。

（1）Fe₂(SO₄)₃和明矾一样也具有净水作用，其净水的原理是__________________（用离子方程式表示）。

（2）已知某溶液中，Co^2＋、Ni^2＋的浓度分别为0.6 mol/L和1.2 mol/L ，取一定量的该溶液，向其中滴加NaOH溶液，当Co(OH)₂开始沉淀时，溶液中 的值等于_____。

（已知Ksp[Co(OH)₂]＝6.0×10^－15，Ksp[Ni(OH)₂]＝2.0×10^－15）

（3）高铁酸钾（K₂FeO₄）是一种新型、高效、多功能水处理剂，且不会造成二次污染。

已知高铁酸盐热稳定性差，工业上用湿法制备K₂FeO₄的流程如下图所示：

  

①上述氧化过程中，发生反应的离子方程式是： _________________________，

在实际生产中一般控制反应温度30℃以下，其原因是：

________________________________________________________。

②反应③加入浓KOH溶液可析出高铁酸钾（K₂FeO₄），这说明________________。

③某温度下，将Cl₂通入NaOH溶液中，反应后得到NaCl、NaClO、NaClO₃的混合溶液，  经测定ClO^－与ClO₃^－离子的物质的量之比是1：2，则Cl₂与氢氧化钠反应时，被还原的氯元素和被氧化的氯元素的物质的量之比为______________。

（4）工业上还可用通过电解浓NaOH溶液制备Na₂FeO₄，其工作原理如下图所示：阳极的电极反应式为___________________；其中可循环使用的物质____________。

Answer

Fe3++3H2OFe(OH)3(胶体)+3H+ 3 2Fe(OH)3+3ClO－+4OH－=2FeO42-+3Cl－+5H2O 防止生成的高铁酸钠发生分解 该温度下，高铁酸钾的溶解度比高铁酸钠的溶解度小 11：3 Fe+8OH－-6e-=FeO42-+4H2O NaOH溶液

【解析】(1)三价铁离子水解产生氢氧化铁胶体，离子方程式为：Fe3++3H2O⇌Fe(OH)3(胶体)+3H+，胶体表面积大，吸附能力强，达到净水目的；
(2)Ksp[Co(OH)2]=6.0×10-15，Ksp[Ni(OH)2]=2.0×10-15，对于同种类型的沉淀，Ksp越小，越难溶，
则在滴加氢氧化钠溶液的过程中，二价镍离子先沉淀，Ni2++2OH-=Ni(OH)2↓，当Co2+开始沉淀时，溶液中存在两个溶解平衡：CO(OH)2⇌CO2++2OH-，Ni(OH)2⇌Ni2++2OH-，根据Ksp[Co(OH)2]计算出此时溶液中c(OH-)，c(OH-)===10-7mol/L，则溶液中剩下的镍离子浓度c(Ni2+)===0.2mol/L，溶液中==3；

(3)①氯气与氢氧化钠反应产生强氧化剂次氯酸钠，硝酸铁水解产生氢氧化铁胶体，次氯酸钠将氢氧化铁氧化成高铁酸钠，离子方程式为：2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O；已知高铁酸盐热稳定性差，在实际生产中一般控制反应温度30℃以下，其原因是防止生成的高铁酸钠发生分解；
②加入浓KOH溶液可析出高铁酸钾(K2FeO4)，说明该温度下，高铁酸钾的溶解度比高铁酸钠的溶解度小；
③Cl2生成ClO-与ClO3-是被氧化的过程，化合价分别由0价升高为+1价和+5价，经测定ClO-和ClO3-物质的量之比为1∶2，则可设ClO-为1mol，ClO3-为2mol，被氧化的氯元素的物质的量为：1mol+2mol=3mol，根据化合价变化可知，反应中失去电子的总物质的量为：1mol×(1-0)+2mol×(5-0)=11mol，氧化还原反应中得失电子数目一定相等，则该反应中失去电子的物质的量也是11mol，Cl2生成KCl是被还原的过程，化合价由0价降低为-1价，则被还原的Cl的物质的量为：=11mol，所以被还原的氯元素和被氧化的氯元素的物质的量之比为11mol：3mol=11∶3；
(4)阳极是铁，故阳极上铁放电生成FeO42-，由于是碱性环境，故电极方程式为：Fe+8OH--6e-=FeO42-+4H2O，在电解时，水电离的H+在阴极放电：2H++2e-=H2↑，c(OH-)增大，Na+通过阳离子交换膜进入阴极区，使阴极区c(NaOH)增大，故NaOH可以循环使用。