Question

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

（1）配制KOH溶液時，是在每100mL水中溶解61.6g KOH固體（該溶液的密度為1.47g/mL），它的物質(zhì)的量濃度是10mol/L．
（2）在溶液I中加入KOH固體的目的是AC（填編號）．
A．與溶液I中過量的Cl₂繼續(xù)反應(yīng)，生成更多的KClO
B．KOH固體溶解時會放出較多的熱量，有利于提高反應(yīng)速率
C．為下一步反應(yīng)提供堿性的環(huán)境
D．使副產(chǎn)物KClO₃轉(zhuǎn)化為 KClO
（3）每制得59.4克K₂FeO₄，理論上消耗氧化劑的物質(zhì)的量為0.45mol．從溶液II中分離出K₂FeO₄后，還得到副產(chǎn)品KNO₃、KCl，寫出③中反應(yīng)的離子方程式：2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．
（4）高鐵酸鉀（K₂FeO₄）溶液中加入稀硫酸，溶液變?yōu)辄S色，并有無色氣體產(chǎn)生，該反應(yīng)的離子方程式是4FeO₄^2-+20 H⁺=4Fe³⁺+3O₂↑+10H₂O．
（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．

Answer 1

分析 氫氧化鉀溶液中充入足量氯氣，在溫度較低的條件下反應(yīng)生成氯化鉀、次氯酸鉀和水，加入氫氧化鉀固體除去KCl，得到堿性KClO的濃溶液，加入90%硝酸鐵溶液發(fā)生反應(yīng)生成高鐵酸鉀溶液Ⅱ純化得到濕產(chǎn)品，洗滌干燥得到K₂FeO₄晶體；
（1）根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計算出氫氧化鉀的物質(zhì)的量，溶液質(zhì)量等于溶質(zhì)質(zhì)量與溶劑質(zhì)量之和，利用V=$\frac{m}{ρ}$計算溶液體積，再根據(jù)c=$\frac{n}{V}$計算氫氧化鉀溶液的物質(zhì)的量濃度；
（2）根據(jù)生產(chǎn)工藝流程圖，第①步氯氣過量，第③步需要堿性條件，在溫度較高時KOH 與Cl₂ 反應(yīng)生成的是KClO₃，氧化還原反應(yīng)中化合價有升有降；
（3）反應(yīng)③是次氯酸根離子在堿溶液中氧化鐵離子為高鐵酸根離子，根據(jù)題目信息、氧化還原反應(yīng)中化合價發(fā)生變化確定產(chǎn)物以及電子得失守恒和質(zhì)量守恒來配平；
（4）向高鐵酸鉀溶液中滴加稀硫酸，溶液變黃色，說明生成Fe³⁺，并產(chǎn)生大量氣泡，應(yīng)為氧氣，說明高鐵酸鉀在酸性條件下自身發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成鐵離子、氧氣和水；
（5）陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，堿性條件下鐵被氧化生成FeO₄^2-．

解答 解：（1）61.6g KOH固體的物質(zhì)的量為$\frac{61.6g}{56g/mol}$=1.1mol，溶液的質(zhì)量為100mL×1g/mL+61.6g=161.6g，所以溶液的體積為$\frac{161.6g}{1.47×1{0}^{-3}g/L}$=$\frac{161.6}{1470}$L，所以氫氧化鉀溶液的物質(zhì)的量濃度為$\frac{1.1mol}{\frac{161.6}{1470}L}$=10mol/L，
故答案為：10；
（2）由工藝流程可知，反應(yīng)液I中有過量的Cl₂反應(yīng)，加KOH固體的目的是與過量的Cl₂繼續(xù)反應(yīng)，生成更多的KClO．
A、與過量的Cl₂繼續(xù)反應(yīng)，生成更多的KClO，故A正確；
B、由信息②可知溫度較高KOH與Cl₂ 反應(yīng)生成的是KClO₃，不利用KClO生成、浪費原料，故B錯誤；
C、由工藝流程及③可知，利用Fe（NO₃）₃與KClO制備K₂FeO₄，故C正確；
D、由信息可知，該條件下KClO₃ 不能轉(zhuǎn)化為KClO，故D錯誤．
故選：AC；
（3）據(jù)題目信息和氧化還原反應(yīng)中化合價發(fā)生變化確定找出反應(yīng)物：Fe³⁺、ClO^-，生成物：FeO₄^2-、Cl^-，根據(jù)電子得失守恒和質(zhì)量守恒來配平，可得③中反應(yīng)的離子方程式為：2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．
每制得59.4克K₂FeO₄，物質(zhì)的量=$\frac{59.4g}{198g/mol}$=0.3mol，理論上消耗氧化劑為KClO的物質(zhì)的量 依據(jù)離子方程式定量關(guān)系計算，
2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O
      3           2
      n           0.3mol
n=0.45mol
故答案為：0.45；2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
（4）向高鐵酸鉀溶液中滴加稀硫酸，溶液變黃色，說明生成Fe³⁺，并產(chǎn)生大量氣泡，應(yīng)為氧氣，反應(yīng)的離子方程式為4FeO₄^2-+20 H⁺=4Fe³⁺+3O₂↑+10H₂O，說明高鐵酸鉀在酸性條件下自身發(fā)生氧化還原反應(yīng)，
故答案為：4FeO₄^2-+20 H⁺=4Fe³⁺+3O₂↑+10H₂O；
（5）陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，堿性條件下鐵被氧化生成FeO₄^2-，電極方程式為Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O，故答案為：Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O．

點評 本題結(jié)合高鐵酸鉀（K₂FeO₄）的制備主要考查了氧化還原反應(yīng)的知識、離子的檢驗等，為高考常見題型，題目培養(yǎng)了學(xué)生運(yùn)用知識的能力．側(cè)重考查物質(zhì)制備與物質(zhì)分離提純的分析判斷，實驗過程的理解應(yīng)用和基本操作的分析應(yīng)用，題目難度中等．