Question

【題目】高鐵酸鹽在能源、環(huán)保等方面有著廣泛的用途，在生產(chǎn)和生活中有廣泛的應(yīng)用。

已知：i．高鐵酸鈉(Na2FeO4)極易溶解于水，20℃溶解度為111克；高鐵酸鉀(K2FeO4)為暗紫色固體，可溶于水。

ii．高鐵酸鉀(K2FeO4)在中性或酸性溶液中逐漸分解，在堿性溶液中穩(wěn)定。

iii．高鐵酸根在水溶液中存在平衡：↑

(1)工業(yè)上用氯氣和燒堿溶液可以制取次氯酸鈉，反應(yīng)的離子方程式為___________。

(2)高鐵酸鉀是一種理想的水處理劑，既可以對水殺菌消毒，又可以凈化水，其原理為________。

(3)工業(yè)上有多種方法制備高鐵酸鉀。

方法1：次氯酸鹽氧化法。工藝流程如圖所示。

①“氧化”過程中的氧化劑為(填化學(xué)式)______________。

②寫出“轉(zhuǎn)化”過程中的化學(xué)方程式為__________________。

③上述工藝得到的高鐵酸鉀常含有雜質(zhì)，可用重結(jié)晶法提純，操作是將粗產(chǎn)品先用稀KOH溶液溶解，然后再加入飽和KOH溶液，冷卻結(jié)晶過濾。上述操作中溶解粗產(chǎn)品用稀KOH溶液，不用蒸餾水，根據(jù)平衡移動原理解釋__________。

(4)方法2：電解法

我國化學(xué)工作者還提出用鎳(Ni)、鐵作電極電解濃NaOH溶液制備高鐵酸鹽Na2FeO4的方案，裝置如下圖所示。

①Ni電極作________(填“陰”或“陽”)極；

②Fe電極的電極反應(yīng)式：____________。

Answer 1

【答案】Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O 高鐵酸鉀氧化性強，對水殺菌消毒，生成Fe3+，水解生成氫氧化鐵膠體，可以凈化水 NaClO Na2FeO4+2KOH=K2FeO4↓+2NaOH 因為高鐵酸鉀在水溶液中存在平衡：4FeO42-+10H2O 4Fe(OH)3+8OH-+3O2↑，加入稀KOH可以使平衡逆向移動 陰極 Fe-6e-+8OH-= FeO42-+4H2O

【解析】

(1)氯氣和燒堿溶液反應(yīng)生成氯化鈉、次氯酸鈉和水；

(2)高鐵酸鉀具有很強的氧化性，能殺菌消毒，在水中被還原生成Fe(OH)3膠體，有吸附性；

(3)氯化鐵溶液在堿性條件下與次氯酸鈉溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)：2FeCl3+10NaClO+3NaOH= 2Na2FeO4+9NaCl+5H2O，得到含有Na2FeO4、NaCl的混合溶液，向其中加入40%NaOH溶液使NaCl形成晶體析出，通過過濾除去，再向濾液中加入飽和KOH溶液，發(fā)生反應(yīng)：Na2FeO4+2KOH=K2FeO4↓+2NaOH，將Na2FeO4轉(zhuǎn)化為K2FeO4，再經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾得到K2FeO4，據(jù)此分析解答。

(4)根據(jù)圖示，在堿性條件下，鐵電極轉(zhuǎn)化為Na2FeO4，鐵元素化合價升高，被氧化，則Fe作陽極，Ni作陰極，據(jù)此分析解答。

(1)氯氣和燒堿溶液反應(yīng)生成氯化鈉、次氯酸鈉和水，反應(yīng)的離子方程式為Cl2+2OH- =Cl-+ClO-+H2O；

(2)高鐵酸鉀具有很強的氧化性，能殺菌消毒，在水中生成的Fe(OH)3膠體，有吸附性；

(3)①根據(jù)分析，“氧化”過程中氯化鐵溶液在堿性條件下與次氯酸鈉溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)：2FeCl3+10NaClO+3NaOH= 2Na2FeO4+9NaCl+5H2O，根據(jù)反應(yīng)可知，NaClO中Cl元素化合價降低，被還原，作氧化劑；

②根據(jù)分析，“轉(zhuǎn)化”過程中，向濾液中加入飽和KOH溶液，將Na2FeO4轉(zhuǎn)化為K2FeO4，化學(xué)方程式為Na2FeO4+2KOH=K2FeO4↓+2NaOH；

③操作中溶解粗產(chǎn)品用稀KOH溶液，不用蒸餾水，根據(jù)平衡移動原理解釋因為高鐵酸鉀在水溶液中存在平衡：4FeO42-+10H2O4Fe(OH)3+8OH-+3O2↑，加入稀KOH可以使平衡逆向移動；

(4)①根據(jù)分析，Ni電極作電解池的陰極；

②根據(jù)分析，Fe作陽極，在堿性條件下，鐵電極轉(zhuǎn)化為Na2FeO4，則Fe電極的電極反應(yīng)式：Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O。