Question

【題目】高鐵酸鹽等具有強氧化性，溶液pH越小氧化性越強，可用于除去廢水中的氨氮、重金屬等。

(1)用Na2O2與FeSO4干法制備Na2FeO4的反應歷程中包含的熱化學方程式有：

2FeSO4(s)+ Na2O2(s) = Fe2O3(s)+Na2SO4(s)+SO3(g) H1=akJ·mol－1

2 Fe2O3(s)+2 Na2O2(s) =4NaFeO2(s)+ O2(g) H2=bkJ·mol－1

2SO3(g) +2Na2O2(s) =2Na2SO4(s)+ O2(g) H3=ckJ·mol－1

2NaFeO2(s)+3Na2O2(s) =2Na2FeO4(s)+2Na2O(s) H4=dkJ·mol－1

則反應2FeSO4(s) + 6Na2O2(s) =2Na2FeO4(s)+2Na2O(s)+2Na2SO4(s) + O2(g)的H=_____kJ·mol－1(用含a、b、c、d的代數(shù)式表示)；該反應中，每生成1mol Na2FeO4轉(zhuǎn)移電子數(shù)為_____mol。

(2)J.C.Poggendor早在1841年利用純鐵作電極插入濃的NaOH溶液電解制得Na2FeO4，陽極生成FeO42－的電極反應式為_____；Deinimger等對其進行改進，在陰、陽電極間設置陽離子交換膜，有效提高了產(chǎn)率，陽離子交換膜的作用是_____。

(3)K2FeO4的穩(wěn)定性與pH關系如圖-1所示，用K2FeO4去除某氨氮(NH3-N)廢水，氨氮去除率與pH關系如圖-2；用K2FeO4處理Zn2+濃度為0.12mg·L—1的含鋅廢水{Ksp[Zn(OH)2]=1.2×10－17}，鋅殘留量與pH關系如圖-3所示(已知：K2FeO4與H2O反應生成Fe(OH)3的過程中，可以捕集某些難溶金屬的氫氧化物形成共沉淀)。

①pH=11時，K2FeO4與H2O反應生成Fe(OH)3和O2等物質(zhì)的離子方程式為_____。

②圖-2中：pH越大氨氮的去除率也越大，其原因可能是_____。

③圖-3中：pH=10時鋅的去除率比pH=5時大得多，其原因是_____(從鋅的存在形態(tài)的角度說明)。

Answer 1

【答案】【答題空1】(2a+b+c+2d)/2 【答題空2】5 【答題空3】Fe + 8OH――6e－= FeO42－+4H2O 避免FeO42-在陰極上被還原 【答題空5】4FeO42-+ 10H2O = 4Fe(OH)3↓ + 3O2↑ + 8OH－ 【答題空6】高鐵酸鹽在酸性較強時不穩(wěn)定，容易分解，與污染物作用的時間短(以及在酸性條件下，氨氮主要以NH4+的形成存在，具有較穩(wěn)定結(jié)約，還原性比NH3弱) 在pH為5時，鋅以Zn2+存在；在pH=10時，鋅幾乎都以Zn(OH)2存在，并被高鐵酸鹽分解的產(chǎn)物Fe(OH)3捕集

【解析】

（1）①2FeSO4(s)+ Na2O2(s) = Fe2O3(s)+Na2SO4(s)+SO3(g)，②2 Fe2O3(s)+2 Na2O2(s) =4NaFeO2(s)+ O2(g)，③ 2SO3(g) +2Na2O2(s) =2Na2SO4(s)+ O2(g)，④ 2NaFeO2(s)+3Na2O2(s) =2Na2FeO4(s)+2Na2O(s)，根據(jù)目標反應方程式，(2×①＋②＋③＋2×④)/2，推出△H=(2a＋b＋c＋2d)/2kJ·mol－1；根據(jù)反應方程式，FeSO4中Fe的化合價升高，部分Na2O2中的O化合價升高，因此生成1molNa2FeO4轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量(1mol×4＋1/2mol×2×1)=5mol；

（2）根據(jù)電解原理，以及實驗目的，Fe作陽極，電解質(zhì)為NaOH，因此陽極反應式為Fe－6e－＋8OH－=FeO42－＋4H2O；陽離子交換膜只允許陽離子通過，FeO42－具有強氧化性，在陰極上得電子，因此陽離子交換膜的作用是防止FeO42－在陰極上被還原；

（3）①K2FeO4與H2O反應生成Fe(OH)3和O2，溶液pH=11為堿性，其離子方程式為4FeO42－＋10H2O=4Fe(OH)3↓＋3O2↑＋8OH－；

②高鐵酸鹽具有強氧化性，可用于除去廢水中的氨氮，根據(jù)信息，高鐵酸鹽在酸性和中性條件下不穩(wěn)定，在堿性條件下穩(wěn)定，因此pH越大氨氮的去除率也越大的原因可能是高鐵酸鹽在酸性較強時不穩(wěn)定，容易分解，與污染物作用的時間較短，或者是在酸性條件下，氨氮主要以NH4＋形式存在，具有較穩(wěn)定結(jié)果，還原性比NH3弱；

③K2FeO4與H2O反應生成Fe(OH)3的過程中，可以捕集某些難溶金屬的氫氧化物形成共沉淀，pH=10時鋅的去除率比pH=5時大得多，其原因是在pH為5時，鋅以Zn2+存在；在pH=10時，鋅幾乎都以Zn(OH)2存在，并被高鐵酸鹽分解的產(chǎn)物Fe(OH)3捕集；