Question

【題目】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)工藝如下：

已知：①2KOH+Cl2=KCl+KClO+H2O(條件：溫度較低)

②6KOH+3Cl2=5KCl+KClO3+3H2O(條件：溫度較高)

③K2FeO4在水溶液中易水解：4FeO42+10H2O 4Fe(OH)3(膠體)+8OH-+3O2↑

回答下列問題：實(shí)驗(yàn)室可利用如圖裝置完成流程①和②

(1)寫出工業(yè)上制取 Cl2 的化學(xué)方程式_____；恒壓滴液漏斗支管的作用_____，兩水槽中的水為__________(填“熱水”或“冷水”)．

(2)反應(yīng)一段時(shí)間后，停止通氯氣，再往儀器 a 中加入濃 KOH 溶液的目的是_____；

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(huì)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(huì)有副產(chǎn)品KNO3、KCl，則反應(yīng)③中發(fā)生的離子方程式為：_________________。

(4)用重結(jié)晶法提純粗產(chǎn)品：將粗產(chǎn)品先用 KOH 稀溶液溶解，再加入飽和的 KOH溶液，冷卻結(jié)晶，過濾，用少量異丙醇洗滌，最后低溫真空干燥。

①洗滌粗品時(shí)選用異丙醇而不用水的理由是_____________。

②如何判斷 K2FeO4 晶體已經(jīng)洗滌干凈________________。

(5)從環(huán)境保護(hù)的角度看，制備 K2FeO4 較好的方法為電解法，其裝置如圖電解過程中陽極的電極反應(yīng)式為___________。

(6)FeO42-在水溶液中的存在形態(tài)如圖所示。下列說法正確的是______________。

A．不論溶液的酸堿性如何變化，鐵元素都有 4 種存在形態(tài)

B．向 pH=10的這種溶液中加硫酸至 pH=2，HFeO4-的分布分?jǐn)?shù)逐漸 增大

C．向 pH=6 的這種溶液中加 KOH 溶液，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為HFeO4-+OH-=FeO42- +H2O

Answer 1

【答案】2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑ 平衡壓強(qiáng)，以便液體順利流下 冷水 AC 2Fe3+ +3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O 防止FeO42-水解，利于烘干 取少量最后一次的洗滌液，加入硝酸酸化的硝酸銀溶液，若無白色沉淀則已被洗凈 Fe+8OH--6e-═FeO42-+4H2O C

【解析】

在工業(yè)上用電解飽和食鹽水的方法制取氯氣；足量Cl2通入KOH溶液中，溫度低時(shí)發(fā)生反應(yīng)2KOH+Cl2=KCl+KClO+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-=2FeO42-+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)根據(jù)常用儀器的用途解答；根據(jù)流程，需生成KClO，溫度較低時(shí)生成KClO；

(2)KOH和氯氣在低溫下反應(yīng)生成KClO，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，再往儀器a中加入濃KOH溶液的目的是與過量的Cl2繼續(xù)反應(yīng)，生成更多的KClO，且保持溶液為強(qiáng)堿性環(huán)境；氯氣為黃綠色氣體，判斷濃KOH溶液已過量可通過三頸燒瓶?jī)?nèi)顏色徹底變成無色后判斷；

(3)根據(jù)題目信息、氧化還原反應(yīng)中化合價(jià)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)①加入飽和KOH溶液可以增大氫氧根離子的濃度，使平衡向左移動(dòng)；

②只要檢驗(yàn)最后一次的洗滌中無Cl-，即可證明K2FeO4晶體已經(jīng)洗滌干凈；

(5)電解時(shí)陽極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)判斷；

(6) 結(jié)合FeO42-在水溶液中的存在形態(tài)與溶液的pH關(guān)系分析判斷。

(1)在工業(yè)上用電解飽和食鹽水的方法制取氯氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式是：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑；儀器a是三頸燒瓶，恒壓滴液漏斗上部和三頸燒瓶氣壓相通，就可以使恒壓滴液漏斗上下氣體壓強(qiáng)相同，保證恒壓滴液漏斗中的液體順利滴下；氯氣與KOH反應(yīng)隨溫度的不同，而不同。根據(jù)流程，需生成KClO，在較低溫度下發(fā)生反應(yīng)：2KOH+Cl2=KCl+KClO+H2O，所以兩水槽中的水為冷水，起降溫作用；

(2)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FeO42-，KOH和氯氣反應(yīng)生成KClO，所以加入KOH的目的是除去氯氣且使溶液為后一步反應(yīng)提供堿性生成更多的KClO，選項(xiàng)AC合理；

(3)據(jù)題目信息和氧化還原反應(yīng)中化合價(jià)發(fā)生變化確定找出反應(yīng)物：Fe3+、ClO-、OH-，生成物：FeO42-、Cl-、H2O，根據(jù)電子得失守恒和質(zhì)量守恒、電荷守恒來配平方程式為2Fe3++3ClO-+10OH- =2FeO42-+3Cl-+5H2O；

(4)①洗滌K2FeO4 晶體的粗品時(shí)選用異丙醇而不用水是因?yàn)?/span>K2FeO4在水溶液中易發(fā)生水解反應(yīng)：4 FeO42-+10H2O4Fe(OH)3(膠體)+8OH-+3O2↑；而且異丙醇沸點(diǎn)低，容易氣化，便于K2FeO4干燥；

②K2FeO4晶體表面含有雜質(zhì)離子為氯離子，所以只要檢驗(yàn)最后一次的洗滌中無Cl-，即可證明晶體已經(jīng)洗滌干凈。方法是用試管取少量最后一次的洗滌液，加入硝酸酸化的硝酸銀溶液，若無白色沉淀則已被洗凈；

(5)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-═FeO42-+4H2O；

(6) A．不同pH值時(shí)，溶液中鐵元素的存在形式及種類數(shù)都不同，如pH=8時(shí)，只有兩種存在形態(tài)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；

B．由圖象分析可知，改變?nèi)芤旱?/span>pH，當(dāng)溶液由pH=10降至pH=4的過程中，HFeO4-的分布分?jǐn)?shù)是先增大后減小，故B錯(cuò)誤；

C．向pH=8的這種溶液中加KOH溶液，根據(jù)分布圖中微粒濃度的變化可知發(fā)生反應(yīng)為：HFeO4-+OH-=FeO42-+H2O，選項(xiàng)C正確；

故合理選項(xiàng)是C。