师：同学们，今天我们一起探讨化学综合探究试题研究。先看两张太湖风景图，左边是蓝藻爆发时所拍，右边是治理后的景象，有巨大改观。报道称，蓝藻爆发时周围居民能闻到恶臭。若同学们来治理，会采用什么方法？首先要知道臭味主要成分是什么。看信息，水的异臭来自硫化氢、甲硫醇、二甲基硫、氨气等恶臭物质。分析其中硫元素和氮元素价态，发现是最低价态，具有还原性，治理自然要找氧化剂。接下来思考几个问题：常见氧化剂有哪些？治理污水应选择什么样的氧化剂？目前使用的高铁酸钾是一种绿色环保的氧化剂，它治理污水的原理是什么？使用高铁酸钾时有哪些注意事项？除治理污水外，高铁酸钾还有什么其他应用？最后看看高铁酸钾是如何制备的。

　　先回答第一个问题，常见氧化剂有哪些？从物质类别角度寻找，有单质、氧化物、酸、盐。单质类有氯气、氧气；氧化物类有过氧化氢、过氧化钠、二氧化氯；酸类有浓硫酸、浓硝酸；盐类有漂白粉（主要成分次氯酸钙）、高锰酸钾、重铬酸钾、高铁酸钾。

　　治理污水应选择怎样的氧化剂呢？要高效、安全、经济。高效即氧化性要强，安全就是要绿色环保，本身及产生的物质都无毒，经济则是来源丰富，操作简单。上述氧化剂中，过氧化氢、过氧化钠成本高；浓硫酸、浓硝酸被还原时会分别生成有毒的二氧化硫、氮氧化物；高锰酸钾、重铬酸钾被还原时会生成造成二次污染的重金属离子；氧气物美价廉，但使用时需高浓度，成本也不低。剩下的氯气、臭氧、二氧化氯、漂白粉、高铁酸钾中，高铁酸钾氧化性最强，且不会生成有致癌物质的有机氯化物，所以选择高铁酸钾。一起来认识一下高铁酸钾，看一段抖音。

　　（播放抖音后）我们看到高铁酸钾功能较多，是一种多功能净水剂。其纯品为深紫色粉末，片剂一般呈粉红色，溶液是紫红色，与高锰酸钾溶液相似。推测产生颜色的离子应该是高铁酸根。那么高铁酸钾治理污水的原理是什么呢？看一段信息，高铁酸钾极易溶于水，在水溶液中发生缓慢水解放出氧气并沉淀出氢氧化铁。根据此信息，请同学写出高铁酸钾在水中水解的离子方程式。

　　这里主要反应物是高铁酸根和水，生成物是氧气和氢氧化铁沉淀，根据电荷守恒，产物中还有氢氧根生成。高铁酸根中锰元素是正六价，降为氢氧化铁中三价铁，水中氧是负二价，被氧化升高到零价。水中的氧并非全部氧化为氧气，所以倒过来配平。正三价铁升高到正六价，升了三价，一个氧气降了 4 价，最小公倍数为 12，所以氢氧化铁前系数是 4，氧气前系数是 3，最后根据电荷守恒、原子守恒进行配平。

　　书写情境方程式时要注意：第一步确定反应的主要反应物与生成物；第二步根据化合价变化确定得失电子数进行初步配平；最后根据情境介质，酸性用氢离子进行电荷守恒，碱性一般用氢氧根进行电荷守恒，再通过原子守恒配平其他物质。从这个反应可得出，高铁酸根具有强氧化性，能杀菌消毒。高铁酸根在被还原为氢氧化铁沉淀过程中会生成氢氧化铁胶体，具有吸附悬浮物的作用，可作为絮凝剂。

　　使用高铁酸钾时有哪些注意事项？看两张图，两张图都是高铁酸根离子浓度随时间变化情况。从图中可看出，高铁酸根离子浓度逐渐下降，说明高铁酸根和水发生了反应，即高铁酸根在水中不稳定。图一是不同 pH 值对高铁酸根浓度的影响，画一条辅助线，同一时间下，pH 值越高，高铁酸根离子浓度越大，说明高铁酸根此时越稳定，与水反应越缓慢。图二同样画辅助线，可得温度越低，高铁酸根离子浓度越大，此时高铁酸根在溶液中越稳定，与水反应速度越慢。由此得出，高铁酸钾保存时要注意低温，且在碱性介质中保存。高铁酸根在水中不只是以高铁酸根形式存在，还有其他形态。

　　看第一个小题，pH 值等于 8 时，溶液中含铁物种浓度大小关系。做一条辅助线，pH 值等于 8 时，有高铁酸根和高铁酸氢根两种离子，看横坐标，可发现高铁酸根离子浓度大于高铁酸氢根离子浓度。pH 值等于 8 时的电荷守恒式子，关键是列出所有阳离子和阴离子，此时阳离子有钾离子、水电离出的氢离子，阴离子有高铁酸根离子、高铁酸氢根离子、水电离出的氢氧根，注意高铁酸根带两个单位负电荷，前面系数应为 2 。

　　第二题，pH 值等于 6 时，同样先画条线，加入氢氧化钾溶液，pH 值升高，会发现高铁酸氢根离子浓度降低，高铁酸根离子浓度逐步增大，所以发生反应的离子方程式应该是高铁酸氢根离子和氢氧根反应生成高铁酸根和水。

　　高铁酸钾除治理污水外还有什么其他应用？看一个信息，可做高铁电池，这是高铁电池的图片。具体看，比亚迪双模电动汽车使用高铁电池供电，总反应为（给出总反应式），看工作原理示意图。电池放电时的负极反应，放电即原电池负极，应是失电子反应，通过总反应可判断，锌失电子生成氢氧化锌，溶液呈碱性，用氢氧根进行电荷守恒，可得到电极反应式。充电即作为电解池时，阳极反应是失电子，倒过来看反应，应该是氢氧化铁失电子生成高铁酸根，同样用氢氧根进行电荷守恒，最后原子守恒得出电极反应式。

　　书写电极反应式的方法：确定是原电池正负极还是电解池阴阳极；确定两极上的主要反应物与生成物；根据化合价变化确定得失电子数；根据介质进行电荷守恒以及原子守恒配平。电化学包含原电池和电解池两个装置，原电池称正负极，负极失电子发生氧化反应；电解池中阳极失电子发生氧化反应。电子流向方面，原电池中负极失电子通过导线转移给正极；电解池中电源负极失电子转移给阴极，电解池阳极失电子转移给外界电源正极。离子流向方面，原电池中阳离子移向正极，阴离子移向负极；电解池中阳离子移向电解池阴极，阴离子移向阳极。特别要注意，在电解池中关注阳极材料，若是活性电极做阳极材料，一般先考虑阳极本身放电。

　　再看这张图，说高铁电池正在研制可充电干电池，这张图是高铁电池和常用碱性电池放电曲线对比。常用高能碱性电池，比如金霸王电池，同学们比较熟悉。从图中可看出突出特点，一条横线很长且与横坐标平行，说明放电时间长，电压比较稳定且处于高位，铁来源丰富，成本低，且不会造成二次污染，绿色无污染。

　　如何制备高铁酸钾呢？常见制备方法有三种：电解法、干法和湿法。先看电解法，通过电解法制备中间产物高铁酸钠，再与氢氧化钾溶液反应。看电解质装置图，实验过程中 y 级逐渐变成紫红色，停止实验，发现铁电极明显变细，查阅资料紫红色是高铁酸根引起的。y 级应是铁失电子生成高铁酸根，溶液呈碱性，用氢氧根进行电荷守恒，得到对应的电极反应式。y 极是失电子的阳极，x 极自然是阴极，阴极应是阳离子（钠离子以及水中氢离子）放电，两者竞争，水中氢离子得电子析出氢气，同时生成氢氧根。研究发现在电解过程中阳极也有气体生成，该气体是什么？观察到阳极有红褐色物质生成，又是什么？这个物质怎么形成的？说明阳极除主反应铁放电生成高铁酸根外，还有副反应。分析可知，可能是水中电离出的氢氧根放电产生氧气，阳极红褐色物质应是氢氧化铁。其形成过程是，铁放电先生成亚铁离子，因溶液呈碱性，以氢氧化亚铁形式存在，又因水中氢氧根放电生成氧气，氢氧化亚铁和氧气发生氧化还原反应生成氢氧化铁。得到高铁酸钠后，用氢氧化钾转化成高铁酸钾。