Question

20．高鐵酸鉀（K₂FeO₄）是一種高效的多功能的水處理劑．已知K₂FeO₄具有下列性質(zhì)①可溶于水、微溶于濃KOH溶液，②在0℃～5℃、強(qiáng)堿性溶液中比較穩(wěn)定，③在Fe³⁺和Fe（OH）₃催化作用下發(fā)生分解，④在酸性至弱堿性條件下，能與水反應(yīng)生成Fe（OH）₃和O₂．工業(yè)上常采用NaClO氧化法生產(chǎn)K₂FeO₄，主要流程如下：

其中“氧化”階段的反應(yīng)原理為：2FeCl₃+10NaOH+3NaClO=2Na₂FeO₄+9NaCl+5H₂O
（1）“吸氯”應(yīng)在溫度較低的情況下進(jìn)行，因?yàn)闇囟容^高時(shí)反應(yīng)生成的是NaClO₃．
①寫(xiě)出在溫度較高時(shí)NaOH 與Cl₂ 反應(yīng)的化學(xué)方程式3Cl₂+6NaOH$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaClO₃+5NaCl+3H₂O，該反應(yīng)中每轉(zhuǎn)移1mol電子參加反應(yīng)的Cl₂ 是0.6mol．
②“吸氯”階段為了使Cl₂盡可能被NaOH溶液吸收完全，除了及時(shí)攪拌反應(yīng)物外，還可采取的合理措施是適當(dāng)增大NaOH溶液濃度、緩慢通入氯氣、增大氯氣與溶液的接觸面積（寫(xiě)出兩條）．
（2）“氧化”階段制備Na₂FeO₄時(shí)，NaClO飽和溶液與FeCl₃飽和溶液的混合方式為在攪拌下，將FeCl₃飽和溶液緩慢滴加到NaClO飽和溶液中．
（3）“轉(zhuǎn)化”是在保持溫度在20℃并充分?jǐn)嚢柘峦瓿傻�，該反�?yīng)的化學(xué)方程式為Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄↓+2NaOH．
（4）“洗滌”工序中采用異丙醇（一種有機(jī)溶劑）作為洗滌劑而不用蒸餾水，兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是
防止K₂FeO₄溶解或分解而損耗、洗滌后易干燥．
（5）已知該生產(chǎn)工藝K₂FeO₄固體的綜合產(chǎn)率約為40%，其他原料充足的情況下，35.5tCl₂可制備26.4t K₂FeO₄固體．

Answer 1

分析 根據(jù)流程，向氫氧化鈉中通入氯氣，可以得到次氯酸鈉溶液，向其中加入氯化鐵，次氯酸鈉可以將之氧化，3NaClO+2FeCl₃+10NaOH=2Na₂FeO₄↓+9NaCl+5H₂O，分離出氯化鈉后，即可得到高鐵酸鈉，向其中加入飽和氫氧化鉀溶液，發(fā)生反應(yīng)Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄+2NaOH，可以得到高鐵酸鉀，經(jīng)重結(jié)晶，洗滌后得K₂FeO₄，
（1）①在溫度較高時(shí)NaOH 與Cl₂ 反應(yīng)生成氯酸鈉和氯化鈉，根據(jù)反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子數(shù)目可計(jì)算得Cl₂ 的物質(zhì)的量；
②“吸氯”階段為了使Cl₂盡可能被NaOH溶液吸收完全，可以適當(dāng)增大NaOH 溶液濃度、緩慢通入氯氣、增大氯氣與溶液的接觸面積；
（2）“氧化”階段制備Na₂FeO₄時(shí)，為使NaClO能將FeCl₃充分氧化，必須保持較高 的濃度，所以在攪拌下，將FeCl₃飽和溶液緩慢滴加到NaClO飽和溶液中；
（3）“轉(zhuǎn)化”過(guò)程是Na₂FeO₄和KOH反應(yīng)生成K₂FeO₄，根據(jù)元素守恒書(shū)寫(xiě)反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（4）“洗滌”工序中為防止K₂FeO₄溶解而造成損失，所以不用水而采用異丙醇，同時(shí)異丙醇能揮發(fā)，洗滌后易干燥；
（5）根據(jù)反應(yīng)：Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O、3NaClO+2FeCl₃+10NaOH=2Na₂FeO₄↓+9NaCl+5H₂O、Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄↓+2NaOH，可得關(guān)系式Cl₂～NaClO～$\frac{2}{3}$Na₂FeO₄～$\frac{2}{3}$K₂FeO₄，根據(jù)Cl₂的質(zhì)量可計(jì)算出K₂FeO₄固體的質(zhì)量；

解答 解：根據(jù)流程，向氫氧化鈉中通入氯氣，可以得到次氯酸鈉溶液，向其中加入氯化鐵，次氯酸鈉可以將之氧化，3NaClO+2FeCl₃+10NaOH=2Na₂FeO₄↓+9NaCl+5H₂O，分離出氯化鈉后，即可得到高鐵酸鈉，向其中加入飽和氫氧化鉀溶液，發(fā)生反應(yīng)Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄+2NaOH，可以得到高鐵酸鉀，經(jīng)重結(jié)晶，洗滌后得K₂FeO₄，
（1）①在溫度較高時(shí)NaOH 與Cl₂ 反應(yīng)生成氯酸鈉和氯化鈉，反應(yīng)方程式為3Cl₂+6NaOH$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaClO₃+5NaCl+3H₂O，在反應(yīng)中每轉(zhuǎn)移5mol電子，有3mol氯氣參加反應(yīng)，所以每轉(zhuǎn)移1mol電子參加反應(yīng)的Cl₂是0.6mol，
故答案為：3Cl₂+6NaOH$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaClO₃+5NaCl+3H₂O；0.6；
②“吸氯”階段為了使Cl₂盡可能被NaOH溶液吸收完全，可以適當(dāng)增大NaOH 溶液濃度、緩慢通入氯氣、增大氯氣與溶液的接觸面積，
故答案為：適當(dāng)增大NaOH 溶液濃度、緩慢通入氯氣、增大氯氣與溶液的接觸面積；
（2）“氧化”階段制備Na₂FeO₄時(shí)，為使NaClO能將FeCl₃充分氧化，必須保持較高 的濃度，所以在攪拌下，將FeCl₃飽和溶液緩慢滴加到NaClO飽和溶液中，
故答案為：在攪拌下，將FeCl₃飽和溶液緩慢滴加到NaClO飽和溶液中；
（3）“轉(zhuǎn)化”過(guò)程是Na₂FeO₄和KOH反應(yīng)生成K₂FeO₄，反應(yīng)的化學(xué)方程式為Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄↓+2NaOH，
故答案為：Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄↓+2NaOH；
（4）“洗滌”工序中為防止K₂FeO₄溶解而造成損失，所以不用水而采用異丙醇，同時(shí)異丙醇能揮發(fā)，洗滌后易干燥，
故答案為：防止K₂FeO₄溶解或分解而損耗、洗滌后易干燥；
（5）根據(jù)反應(yīng)：Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O、3NaClO+2FeCl₃+10NaOH=2Na₂FeO₄↓+9NaCl+5H₂O、Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄↓+2NaOH，可得關(guān)系式Cl₂～NaClO～$\frac{2}{3}$Na₂FeO₄～$\frac{2}{3}$K₂FeO₄，35.5tCl₂的物質(zhì)的量為$\frac{35.5×1{0}^{6}}{71}$mol=5×10⁵mol，根據(jù)關(guān)系式可知K₂FeO₄固體的物質(zhì)的量為$\frac{2}{3}$×5×10⁵mol×40%，其質(zhì)量為$\frac{2}{3}$×5×10⁵mol×198g/mol×40%=26.4t，
故答案為：26.4．

點(diǎn)評(píng) 考查考查物質(zhì)的制備方案的設(shè)計(jì)、根據(jù)方程式計(jì)算等知識(shí)，題目難度中等，解答本題時(shí)注意把握題給信息，學(xué)習(xí)中注重知識(shí)遷移能力的培養(yǎng)．