Question

3．[化學(xué)--選修化學(xué)與技術(shù)]
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)工藝如圖：

已知：2Fe（NO₃）₃+3KCl+10KOH=2K₂FeO₄+6KNO₃+3KCl+5H₂O回答下列問(wèn)題：
（1）將Cl₂通入KOH溶液中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O．
（2）寫(xiě)出工業(yè)上制取Cl₂的化學(xué)方程式2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑．
（3）在“反應(yīng)液I”中加入KOH固體的目的是使氯氣完全反應(yīng)生成KClO，且將溶液轉(zhuǎn)化為堿性溶液．
（4）K₂FeO₄可作為新型多功能水處理劑的原因是K₂FeO₄具有強(qiáng)氧化性，可殺菌消毒；還原產(chǎn)物Fe元素為+3價(jià)，在水中形成Fe（OH）₃膠體，可吸附水中懸浮物形成沉淀．
（5）配制KOH溶液時(shí)，將61.6g KOH固體溶解在100mL水中，所得溶液的密度為 1.47g•mL^-1，則該溶液的物質(zhì)的量濃度為10mol/L．
（6）從“反應(yīng)液Ⅱ”中分離出K₂FeO₄后，副產(chǎn)品是KNO₃、KCl （寫(xiě)化學(xué)式）．
（7）該工藝每得到1.98kg K₂FeO₄，理論上消耗Cl₂的物質(zhì)的量為15mol．

Answer 1

分析 足量Cl₂通入和KOH溶液中，發(fā)生反應(yīng)Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O，向反應(yīng)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，得到反應(yīng)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）Cl₂通入KOH溶液中反應(yīng)生氯化鉀和次氯酸鉀；
（2）工業(yè)是利用電解飽和食鹽水制取氯氣；
（3）根據(jù)生產(chǎn)工藝流程圖，第①步氯氣過(guò)量，第③步需要堿性條件，據(jù)此分析；
（4）K₂FeO₄具有強(qiáng)氧化性，可殺菌消毒，同時(shí)被還原形成Fe（OH）₃膠體，可吸附水中懸浮物形成沉淀；
（5）根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計(jì)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(jì)算溶液體積，再根據(jù)c=$\frac{n}{V}$計(jì)算氫氧化鉀溶液的物質(zhì)的量濃度；
（6）由工藝流程及③可知，從“反應(yīng)液II”中分離出K₂FeO₄后，會(huì)有副產(chǎn)品KNO₃、KCl；
（7）根據(jù)反應(yīng)Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O和2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，可得關(guān)系式2K₂FeO₄～3Cl₂，根據(jù)關(guān)系式可計(jì)算出氯氣的物質(zhì)的量．

解答 解：（1）Cl₂通入和KOH溶液中，發(fā)生反應(yīng)Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O；
故答案為：Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O；
（2）工業(yè)是利用電解飽和食鹽水制取氯氣．反應(yīng)方程式為：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑；
故答案為：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑；
（3）第①步氯氣過(guò)量，第③步需要堿性條件，向反應(yīng)液I中加入KOH，使氯氣完全反應(yīng)生成KClO，且將溶液轉(zhuǎn)化為堿性溶液；
故答案為：使氯氣完全反應(yīng)生成KClO，且將溶液轉(zhuǎn)化為堿性溶液；
（4）K₂FeO₄具有強(qiáng)氧化性，可殺菌消毒，同時(shí)被還原形成Fe（OH）₃膠體，可吸附水中懸浮物形成沉淀，所以K₂FeO₄可作為新型多功能水處理劑的原因是①K₂FeO₄具有強(qiáng)氧化性，可殺菌消毒；②還原產(chǎn)物Fe元素為+3價(jià)，在水中形成Fe（OH）₃膠體，可吸附水中懸浮物形成沉淀；
故答案為：K₂FeO₄具有強(qiáng)氧化性，可殺菌消毒；還原產(chǎn)物Fe元素為+3價(jià)，在水中形成Fe（OH）₃膠體，可吸附水中懸浮物形成沉淀；
（5）61.6g KOH固體的物質(zhì)的量n=$\frac{m}{M}$=$\frac{61.6g}{56g/mol}$=1.1mol，溶液的質(zhì)量為100mL×1g/mL+61.6g=161.6g，所以溶液的體積V=$\frac{m}{ρ}$=$\frac{161.6g}{1.47×1{0}^{3}g/L}$=$\frac{161.6}{1470}$L，所以氫氧化鉀溶液的物質(zhì)的量濃度c=$\frac{n}{V}$=1.1mol÷$\frac{161.6}{1470}$=10mol/L；
故答案為：10mol/L；
（6）由工藝流程及③可知，從“反應(yīng)液II”中分離出K₂FeO₄后，會(huì)有副產(chǎn)品KNO₃、KCl；
故答案為：KNO₃、KCl；
（7）根據(jù)反應(yīng)Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O和2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，可得關(guān)系式2K₂FeO₄～3Cl₂，1.98kg K₂FeO₄的物質(zhì)的量為10mol，根據(jù)關(guān)系式可知氯氣的物質(zhì)的量為15mol；
故答案為：15．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)的制備，涉及對(duì)工藝流程的理解、氧化還原反應(yīng)、對(duì)條件的控制選擇與理解、有關(guān)計(jì)算等，理解工藝流程原理是解題的關(guān)鍵，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與靈活運(yùn)用能力，題目難度中等．