高铁酸钾(K2FeO4)是一种新型的污水处理剂。
(1)K2FeO4制备:
①i中反应的离子方程式是_______。
② 将ii中反应的离子方程式补充完整:____Fe3+ +____OH- +____ClO-=____FeO42-+_______+________
③ iii中反应说明溶解度:Na2FeO4_______K2FeO4(填“>”或“< ”)。
(2)K2FeO4的性质:
i. 将K2FeO4固体溶于蒸馏水中,有少量无色气泡产生,经检验为O2,液体有丁达尔效应。
ii. 将K2FeO4固体溶于浓KOH溶液中,放置2小时无明显变化。
iii. 将K2FeO4固体溶于硫酸中,产生无色气泡的速率明显比i快。
① K2FeO4溶于蒸馏水的化学反应方程式是_______。
② K2FeO4的氧化性与溶液pH的关系是_______。
(3)K2FeO4的应用。K2FeO4可用于生活垃圾渗透液的脱氮(将含氮物质转化为N2)处理。K2FeO4对生活垃圾渗透液的脱氮效果随水体pH的变化结果如下:
① K2FeO4脱氮的最佳pH是_____。
② 根据图推测,pH = 4时生活垃圾渗透液中含氮物质主要以______形式存在。
③ pH大于8时,脱氮效果随pH的升高而减弱,分析可能的原因:_______。
【答案】 (1). 2Fe2+ +H2O2 + 2H+ = 2Fe3+ + 2H2O (2). 2 (3). 10 (4). 3 (5). 2 (6). 3Cl- (7). 5H2O (8). > (9). 4K2FeO4 +10H2O = 4Fe(OH)3(胶体) + 3O2↑ + 8KOH (10). pH越小,氧化性越强 (11). pH≈8 (12). NH4+ (13). pH>8的溶液,随pH增大,K2FeO4氧化性减弱,不利于将含氮物质氧化
【解析】
【分析】
将硫酸亚铁与酸性过氧化氢溶液反应,得到硫酸铁,硫酸铁与氢氧化钠和次氯酸钠发生氧化还原反应,得到高铁酸钠,再加入氢氧化钾,可以到到高铁酸钾;
(1)①i中是2Fe2+ 和酸性H2O2溶液发生氧化还原反应;
②根据电荷守恒和元素守恒完成并配平离子方程式;
③ iii中由高铁酸钠溶液转化为高铁酸钾粗品,说明溶解度减小;
(2)①根据K2FeO4固体溶于蒸馏水中,有少量无色气泡产生,经检验为O2,液体有丁达尔效应的现象,完成化学方程式。
②根据将K2FeO4固体溶于硫酸中,产生无色气泡的速率明显比i快的现象,得出pH越小,氧化性越强;
(3)①根据图像,pH≈8时,K2FeO4脱氮率最高;
②图像可以得出,pH = 4时,氮元素的去除率为百分之六十,生活垃圾渗透液的脱氮(将含氮物质转化为N2)生活垃圾中的含氮物质为NH4+;
③由于pH越小,高铁酸钾的氧化性越强,则PH增大,会使高铁酸钾的氧化性减弱;
【详解】将硫酸亚铁与酸性过氧化氢溶液反应,得到硫酸铁,硫酸铁与氢氧化钠和次氯酸钠发生氧化还原反应,得到高铁酸钠,再加入氢氧化钾,可以到到高铁酸钾;
(1).①i中是2Fe2+ 和酸性H2O2溶液发生氧化还原反应,2Fe2++H2O2+2H+ =2Fe3++2H2O,
故答案为:2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O;
②根据电荷守恒和元素守恒完成并配平离子方程式, 2Fe3+ +10OH- +3ClO-=2FeO42-+ 3Cl- +5H2O,
故答案为:2;10;3;2;3Cl-;5H2O;
③iii中由高铁酸钠溶液转化为高铁酸钾粗品,说明溶解度减小,
故答案为:>;
(2).①将K2FeO4固体溶于蒸馏水中,有少量无色气泡产生,经检验为O2,液体有丁达尔效应根据现象写出化学方程式4K2FeO4 +10H2O = 4Fe(OH)3(胶体) + 3O2↑ + 8KOH,
故答案为:4K2FeO4 +10H2O = 4Fe(OH)3(胶体) + 3O2↑ + 8KOH;
②根据将K2FeO4固体溶于硫酸中,产生无色气泡的速率明显比i快的现象,得出pH越小,氧化性越强,
故答案为:pH越小,氧化性越强;
(3).①根据图像,pH≈8时,K2FeO4脱氮率最高,
故答案为:pH≈8;
②图像可以得出,pH = 4时,氮元素的去除率为百分之六十,生活垃圾渗透液的脱氮(将含氮物质转化为N2)生活垃圾中的含氮物质为NH4+,
故答案为:NH4+;
③由于pH越小,高铁酸钾的氧化性越强,则PH增大,会使高铁酸钾的氧化性减弱,
故答案为:pH>8的溶液,随pH增大,K2FeO4氧化性碱弱,不利于将含氮物质氧化;
镁:
化学式Mg,它是一种银白色的轻质碱土金属,化学性质活泼,能与酸反应生成氢气,具有一定的延展性和热消散性。镁元素在自然界广泛分布,是人体的必需元素之一,原子结构示意图:。
氧化镁:
化学式MgO是镁的氧化物,一种离子化合物。常温下为一种白色固体。氧化镁以方镁石形式存在于自然界中,是冶镁的原料。
氢氧化镁:
化学式Mg(OH)2,式量58.32。白色无定形粉末。难溶于水,易溶于稀酸和铵盐溶液。饱和水溶液的浓度为1.9毫克/升(18℃),呈碱性。加热到350℃失去水生成氧化镁。用做分析试剂,还用于制药工业。氧化镁跟水反应可得氢氧化镁。
镁及其化合物的物理性质和化学性质:
物理性质 | 化学性质 | |
Mg | 银白色固体,密度1.738g﹒cm3-,熔点645℃,沸点1090℃,导电导热性较好,延展性较好 | ①镁和铝两元素的原子最外层分别有2个和3个电子。在参加化学反应时,容易失去最外层电子成为阳离子,表现还原性。 Mg-2e-==Mg2+ ②镁与非金属反应 O2+2Mg ![]() Cl2+Mg ![]() S+Mg ![]() 3Mg+N2 ![]() 说明在常温下,镁能与空气里的氧气发生反应,生成一层致密的氧化物薄膜,从而使金属失去光泽。由于这层氧化物薄膜能阻止金属的继续氧化,所以镁有抗腐蚀性。 ③镁与酸反应 2HCl+Mg==MgCl2+H2↑ 2H++Mg==Mg2++H2↑ 镁跟硝酸、浓硫酸反应时,硝酸中的氮元素、硫酸中的硫元素被还原,不生成氢气。 ④镁跟某些氧化物反应 2Mg+CO2 ![]() ⑤镁跟水反应 Mg+2H2O ![]() 说明:镁跟冷水反应非常缓慢. |
MgO | 白色固体,离子化合物,熔点为3073K,硬度(莫氏)为6.5,难溶于水的固体,熔点很高,是很好的耐火材料 | 典型的碱性氧化物,不能与水反应 |
Mg(OH)2 | 白色难溶于水的固体,其水溶液中c(OH-)很小,可以使酚酞溶液变成浅红色 Mg(OH)2(s) ![]() |
①可与酸反应生成盐和水,如Mg(OH)2+2HCl==MgCl2+2H2O ②热稳定性差,受热容易分解 Mg(OH)2 ![]() |
工业制备镁:
电解熔融状态的氯化镁制取镁
阳极反应:2Cl--2e-==Cl2↑
阴极反应:Mg2++2e-==Mg
总反应:MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑
Mg2++2Cl-==Mg+Cl2↑
说明氧化镁比氯化镁熔点高,为了降低能耗,工业电解制取镁采用的原料是氯化镁而不是氧化镁。
氧化镁的应用:
氧化镁可用于染料,油漆,玻璃,化学试剂,医药,食品添加剂等方面,工业上利用MgO熔点高的特点,制造耐火材料。
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