Question

15．高鐵酸鉀（K₂FeO₄）是一種集氧化、吸附、絮凝于一體的新型多功能水處理劑．其生產(chǎn)工藝流程如圖1：

請同答下列問題：
（1）寫出向KOH溶液中通入足量Cl₂發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：2OH^-+Cl₂═ClO^-+Cl^-+H₂O．
（2）在溶液Ⅰ中加入KOH固體的目的是AC（填編號）．
A．為下一步反應(yīng)提供堿性的環(huán)境
B．使KClO₃轉(zhuǎn)化為KClO
C．與溶液Ⅰ中過量的Cl₂繼續(xù)反應(yīng)，生成更多的KClO
D．KOH固體溶解時(shí)會放出較多的熱量，有利于提高反應(yīng)速率
（3）從溶液Ⅱ中分離出K₂FeO₄后，還會有副產(chǎn)品KNO₃、KCl，則反應(yīng)③中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．每制得59.4g K₂FeO₄，理論上消耗氧化劑的物質(zhì)的量為0.45mol．
（4）高鐵酸鉀（K₂FeO₄）作為水處理劑的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能與水反應(yīng)生成膠體吸附雜質(zhì)，配平該反應(yīng)的離子方程式：4FeO₄^2-+10H₂O?4Fe（OH）₃（膠體）+3O₂↑+8OH^-．
（5）從環(huán)境保護(hù)的角度看，制備K₂FeO₄較好的方法為電解法，其裝置如圖2所示．電解過程中陽極的電極反應(yīng)式為Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O．
（6）高鐵電池是一種新型二次電池，電解液為堿溶液，其反應(yīng)式為3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH$?_{放電}^{充電}$3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O，放電時(shí)電池的負(fù)極反應(yīng)式為Zn+2OH^--2e^-=Zn（OH）₂．

Answer 1

分析 足量Cl₂通入和KOH溶液中，溫度低時(shí)發(fā)生反應(yīng)Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O，向溶液I中加入KOH，使氯氣完全反應(yīng)，且將溶液轉(zhuǎn)化為堿性溶液，只有堿性條件下次氯酸根離子才能和鐵離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成高鐵酸根離子，除去KCl得到堿性的KClO濃溶液，向堿性的KClO濃溶液中加入90%的Fe（NO₃）₃溶液，發(fā)生反應(yīng)2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，得到溶液II，純化得到濕產(chǎn)品，將濕產(chǎn)品洗滌、干燥得到晶體K₂FeO₄，
（1）KOH溶液和足量Cl₂發(fā)生反應(yīng)生成KCl、KClO和H₂O；
（2）KOH和氯氣反應(yīng)生成KClO，除去未反應(yīng)的氯氣，且只有堿性條件下，鐵離子才能和次氯酸根離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成高鐵酸根離子；
（3）反應(yīng)③中鐵離子和次氯酸根粒子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成高鐵酸根離子；根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等計(jì)算氧化劑的物質(zhì)的量；
（4）該反應(yīng)中Fe元素化合價(jià)由+6價(jià)變?yōu)?3價(jià)、O元素化合價(jià)由-2價(jià)變?yōu)?價(jià)，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等配平方程式；
（5）Na₂FeO₄能消毒、凈水的原因高價(jià)鐵具有氧化性，能消毒殺菌，生成Fe³⁺形成膠體，具有吸附懸浮物的凈水的作用，電解時(shí)陽極Fe失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)方程式為Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O；
（6）負(fù)極上鋅失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，據(jù)此書寫即可．

解答 解：足量Cl₂通入和KOH溶液中，溫度低時(shí)發(fā)生反應(yīng)Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O，向溶液I中加入KOH，使氯氣完全反應(yīng)，且將溶液轉(zhuǎn)化為堿性溶液，只有堿性條件下次氯酸根離子才能和鐵離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成高鐵酸根離子，除去KCl得到堿性的KClO濃溶液，向堿性的KClO濃溶液中加入90%的Fe（NO₃）₃溶液，發(fā)生反應(yīng)2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，得到溶液II，純化得到濕產(chǎn)品，將濕產(chǎn)品洗滌、干燥得到晶體K₂FeO₄，
（1）KOH溶液和足量Cl₂發(fā)生反應(yīng)生成KCl、KClO和H₂O，離子方程式為Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O，故答案為：Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O；
（2）KOH和氯氣反應(yīng)生成KClO，除去未反應(yīng)的氯氣，且只有堿性條件下，鐵離子才能和次氯酸根離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成高鐵酸根離子，所以加入KOH的目的是除去氯氣且使溶液為堿性，故選AC；
（3）反應(yīng)③中鐵離子和次氯酸根粒子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成高鐵酸根離子，離子方程式為2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
n（K₂FeO₄）=$\frac{59.4g}{198g/mol}$=0.3mol，根據(jù)2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O知，氧化劑的物質(zhì)的量=$\frac{0.3mol}{2}$×3=0.45mol，
故答案為：2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；0.45；
（4）該反應(yīng)中Fe元素化合價(jià)由+6價(jià)變?yōu)?3價(jià)、O元素化合價(jià)由-2價(jià)變?yōu)?價(jià)，其轉(zhuǎn)移電子數(shù)為6，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等、電荷守恒配平方程式為4FeO₄^2-+10H₂O=2Fe（OH）₃（膠體）+3O₂↑+8OH^-，
故答案為：4；10；4；3；8；
（5）Na₂FeO₄能消毒、凈水的原因高價(jià)鐵具有氧化性，能消毒殺菌，生成Fe³⁺形成膠體，具有吸附懸浮物的凈水的作用，電解時(shí)陽極Fe失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)方程式為Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O；
故答案為：Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O；
（6）該原電池放電時(shí)，負(fù)極上鋅失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成氫氧化鋅，電極反應(yīng)式為：Zn+2OH^--2e^-=Zn（OH）₂，充電時(shí)，氫氧根離子參加反應(yīng)生成水，所以隨著反應(yīng)的進(jìn)行，氫氧根離子濃度減小，溶液的pH減小，故答案為：Zn+2OH^--2e^-=Zn（OH）₂．

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)的分離和提純，側(cè)重考查學(xué)生分析、計(jì)算能力和思維的縝密性，涉及氧化還原反應(yīng)方程式的配平、離子方程式的書寫，會從整體上分析物質(zhì)分離流程，知道每一步發(fā)生的反應(yīng)及基本操作，題目難度不大．