Question

13．高鐵酸鹽是一種強氧化劑，在能源、環(huán)保等方面均有廣泛的用途．濕法、干法制備高鐵酸鉀的原理如表所示：

濕法	強堿介質中，Fe（NO3）3與NaClO反應得到紫紅色高鐵酸鹽溶液
干法	Fe2O3、KNO3、KOH混合加熱共熔生成紫紅色高鐵酸鉀（K2FeO4）和KNO2等產物

（1）某工廠用濕法制備高鐵酸鉀的流程如圖所示：

①反應I的化學方程式為2NaOH+Cl₂═NaCl+NaClO+H₂O．
②反應Ⅱ的離子方程式為3ClO^-+10 OH^-+2Fe³⁺=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．
③已知25℃時Fe（OH）₃的K_sp=4.0×10^-38，反應Ⅱ后的溶液中c（Fe³⁺）=4.0×10^-5mol•L^-1．則需調整pH=3時，開始生成Fe（OH）₃沉淀（不考慮溶液體積的變化）．
（2）由流程圖可見，濕法制備高鐵酸鉀時，需先制得高鐵酸鈉，然后再向高鐵酸鈉溶液中加入飽和KOH溶液，即可析出高鐵酸鉀．
①已知高鐵酸鈉和水反應，有Fe（OH）₃和O₂生成，則高鐵酸鈉的氧化性比O₂強（填“強”或“弱”）．
②由以上信息可知：高鐵酸鉀的溶解度比高鐵酸鈉�。ㄌ睢按蟆被颉靶　保�．
（3）高鐵酸鉀是一種理想的水處理劑，其處理水的原理為高鐵酸鉀有強氧化性，能殺菌消毒，在水中被還原生成Fe（OH）₃膠體、有吸附性起凈水作用．
（4）干法制備K₂FeO₄的反應中氧化劑與還原劑的物質的量之比為3：1．

Answer 1

分析 反應Ⅰ為：2NaOH+Cl₂═NaCl+NaClO+H₂O，由濕法制備信息，可知反應Ⅱ：3ClO^-+10 OH^-+2Fe³⁺=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，調節(jié)溶液pH，使溶液Fe³⁺、FeO₄^2-轉化為沉淀，加入KOH溶液溶解，過濾除去氫氧化鐵，再加入飽和KOH溶液可以增大K⁺濃度，促進K₂FeO₄晶體析出．
（1）①反應I是氯氣與氫氧化鈉反應生成氯化鈉、次氯酸鈉與水；
②由濕法制備信息，可知堿性條件下，ClO^-與Fe³⁺反應得到FeO₄^2-，ClO^-被還原為Cl^-，配平書寫離子方程式；
③根據氫氧化鐵的溶度積計算c（OH^-），再根據水的離子積計算c（H⁺），進而計算溶液pH值；
（2）①氧化劑的氧化性強于氧化產物氧化性；
②濕法制備高鐵酸鉀時，需先制得高鐵酸鈉，然后再向高鐵酸鈉中加入飽和KOH溶液，即可析出高鐵酸鉀，說明高鐵酸鉀溶解度��；
（3）高鐵酸鉀具有很強的氧化性，能殺菌消毒，還原生成的鐵離子在水中生成的Fe（OH）₃膠體具有吸附性；
（4）所含元素化合價降低的反應物為氧化劑，所含元素化合價升高的反應物為還原劑，根據電子轉移守恒計算二者物質的量之比．

解答 解：反應Ⅰ為：2NaOH+Cl₂═NaCl+NaClO+H₂O，由濕法制備信息，可知反應Ⅱ：3ClO^-+10 OH^-+2Fe³⁺=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，調節(jié)溶液pH，使溶液Fe³⁺、FeO₄^2-轉化為沉淀，加入KOH溶液溶解，過濾除去氫氧化鐵，再加入飽和KOH溶液可以增大K⁺濃度，促進K₂FeO₄晶體析出．
（1）①反應I是氯氣與氫氧化鈉反應生成氯化鈉、次氯酸鈉與水，反應方程式為2NaOH+Cl₂═NaCl+NaClO+H₂O，故答案為：2NaOH+Cl₂═NaCl+NaClO+H₂O；
②由濕法制備信息，可知堿性條件下，ClO^-與Fe³⁺反應得到FeO₄^2-，ClO^-被還原為Cl^-，離子方程式為3ClO^-+10 OH^-+2Fe³⁺=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，
故答案為：3ClO^-+10 OH^-+2Fe³⁺=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
③25℃時Fe（OH）₃的Ksp=4.0×10^-38，反應Ⅱ后的溶液中c（Fe³⁺）=4.0×10^-5mol/L，Ksp=c（Fe³⁺）×c³（OH^-），c³（OH^-）=$\frac{4.0×1{0}^{-38}}{4.0×1{0}^{-5}}$=10^-33，則c（OH^-）=10^-11mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-11}}$mol/L=10^-3mol/L，則鐵離子沉淀的溶液pH=-lg10^-3=3，
故答案為：3；
（2）①高鐵酸鈉和水反應生成Fe（OH）₃和O₂生成，高鐵酸鈉為氧化劑、O₂ 為氧化產物，則高鐵酸鈉的氧化性比O₂ 強，故答案為：強；
②濕法制備高鐵酸鉀時，需先制得高鐵酸鈉，然后再向高鐵酸鈉中加入飽和KOH溶液，即可析出高鐵酸鉀，利用溶解度不同，說明高鐵酸鉀的溶解度比高鐵酸鈉的小，
故答案為：小；
（3）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，可以吸附水中的吸附物質，
故答案為：高鐵酸鉀有強氧化性，能殺菌消毒，在水中被還原生成Fe（OH）₃膠體、有吸附性起凈水作用；
（4）干法制備K2FeO4的反應的方程式為：Fe₂O₃+3KNO₃+4KOH=2K₂FeO₄+3KNO₂+2H₂O，
反應N元素化合價由+5價降低為+3價，KNO₃是氧化劑，鐵的化合價由+3價升高為+6價，Fe₂O₃是還原劑，根據電子轉移守恒：n（KNO₃）×（5-3）=2×n（Fe₂O₃）×（6-3），故n（KNO₃）：n（Fe₂O₃）=3：1，
故答案為：3﹕1．

點評 本題考查實驗制備方案，涉及方程式書寫、溶度積有關計算、平衡移動原理、水的凈化、氧化還原反應計算等，明確工藝流程原理是解題關鍵，注意對題目給予的信息的運用，較好的考查學生綜合能力，難度中等．