Question

20．新型凈水劑高鐵酸鉀（K₂FeO₄）為暗紫色固體，可溶于水，在中性或酸性溶液中逐漸分解，在堿性溶液中穩(wěn)定．工業(yè)上常采用NaClO氧化法生產(chǎn)，原理為：
3NaClO+2Fe（NO₃）₃+10NaOH═2Na₂FeO₄↓+3NaCl+6NaNO₃+5H₂O
Na₂FeO₄+2KOH═K₂FeO₄+2NaOH
主要的生產(chǎn)流程如下：

（1）寫出反應(yīng)①的離子方程式Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O．
（2）流程圖中“轉(zhuǎn)化”是在某低溫下進(jìn)行的，說明此溫度下Ksp（K₂FeO₄）＜Ksp（Na₂FeO₄）（填“＞”或“＜”或“=”）．
（3）反應(yīng)的溫度、原料的濃度和配比對高鐵酸鉀的產(chǎn)率都有影響．
圖1為不同的溫度下，F(xiàn)e（NO₃）₃不同質(zhì)量濃度對K₂FeO₄生成率的影響；
圖2為一定溫度下，F(xiàn)e（NO₃）₃質(zhì)量濃度最佳時，NaClO濃度對K₂FeO₄生成率的影響．

①工業(yè)生產(chǎn)中最佳溫度為26℃，此時Fe（NO₃）₃與NaClO兩種溶液最佳質(zhì)量濃度之比為6：5．
②若NaClO加入過量，氧化過程中會生成Fe（OH）₃，寫出該反應(yīng)的離子方程式：3ClO^-+Fe³⁺+3H₂O=Fe（OH）₃↓+3HClO．
若Fe（NO₃）₃加入過量，在堿性介質(zhì)中K₂FeO₄與Fe³⁺發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成K₃FeO₄，此反應(yīng)的離子方程式：2FeO₄^2-+Fe³⁺+8OH^-=3FeO₄^3-+4H₂O．
（4）上述工藝得到的高鐵酸鉀常含有雜質(zhì)，可用重結(jié)晶發(fā)提純，操作是：將粗產(chǎn)品用稀KOH溶液溶解，再加入飽和KOH溶液，然后冷卻結(jié)晶．（請選擇合適的試劑，填試劑名稱）
①H₂O    ②稀KCl溶液    ③稀KOH溶液    ④飽和KOH溶液．

Answer 1

分析 根據(jù)流程，得到高鐵酸鉀，工業(yè)上常采用NaClO氧化法生產(chǎn)，原理為：向氫氧化鈉中通入氯氣，可以得到次氯酸鈉溶液，調(diào)節(jié)pH，向其中加入硝酸鐵，次氯酸鈉可以將之氧化，3NaClO+2Fe（NO₃）₃+10NaOH=2Na₂FeO₄↓+3NaCl+6NaNO₃+5H₂O，過濾，即可得到高鐵酸鈉，向其中加入氫氧化鉀，可以得到高鐵酸鉀，即Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄+2NaOH．
（1）氯氣和氫氧化鈉反應(yīng)生成氯化鈉、次氯酸鈉和水；
（2）相同溫度下，溶度積大的物質(zhì)向溶度積小的物質(zhì)轉(zhuǎn)化；
（3）①尋找最佳溫度要具備的條件：該溫度下反應(yīng)速率快，生成高鐵酸鉀的產(chǎn)率較大兩方面；
②從鹽類的水解角度分析；根據(jù)反應(yīng)物和生成物書寫反應(yīng)的離子方程式；
（4）由題目信息可知，K₂FeO₄可溶于水，在中性或酸性溶液中能分解，在堿性溶液中穩(wěn)定，在分離提提純的時候就要在堿性環(huán)境中進(jìn)行，要防止引入新雜質(zhì)，所以需要將K₂FeO₄粗產(chǎn)品在稀KOH溶液中溶解，然后加入飽和KOH溶液，冷卻結(jié)晶．

解答 解：（1）氯氣和氫氧化鈉反應(yīng)生成氯化鈉、次氯酸鈉和水，離子反應(yīng)方程式為：Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O，故答案為：Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O；
（2）相同溫度下，溶度積大的物質(zhì)向溶度積小的物質(zhì)轉(zhuǎn)化，所以K_sp（K₂FeO₄）＜K_sp（Na₂FeO₄），故答案為：＜；
（3）①尋找最佳溫度要具備的條件：該溫度下反應(yīng)速率快，生成高鐵酸鉀的產(chǎn)率較大兩方面，所以工業(yè)生產(chǎn)中最佳溫度為26℃，因為在該溫度下生成高鐵酸鉀的產(chǎn)率最大，此時Fe（NO₃）₃與NaClO兩種溶液最佳質(zhì)量濃度之比$\frac{330}{275}$=1.2，即6：5，故答案為：26；6：5；
②若NaClO加入過量，氧化過程中會生成Fe（OH）₃，原因是NaClO水解呈堿性，F(xiàn)e（NO₃）₃水解呈酸性，二者發(fā)生互促水解，反應(yīng)的離子方程式為3ClO^-+Fe³⁺+3H₂O=Fe（OH）₃↓+3HClO，堿性介質(zhì)中K₂FeO₄與Fe³⁺發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成K₃FeO₄，反應(yīng)的離子方程式為2FeO₄^2-+Fe³⁺+8OH^-=3FeO₄^3-+4H₂O，故答案為：3ClO^-+Fe³⁺+3H₂O=Fe（OH）₃↓+3HClO；2FeO₄^2-+Fe³⁺+8OH^-=3FeO₄^3-+4H₂O；
（4）由題目信息可知，K₂FeO₄可溶于水，在中性或酸性溶液中能分解，在堿性溶液中穩(wěn)定，在分離提提純的時候就要在堿性環(huán)境中進(jìn)行，要防止引入新雜質(zhì)，所以需要將K₂FeO₄粗產(chǎn)品在稀KOH溶液中溶解，然后加入飽和KOH溶液，冷卻結(jié)晶，過濾，故答案為：稀KOH溶液；飽和KOH溶液．

點評 考查考查物質(zhì)的制備方案的設(shè)計、難溶電解質(zhì)的溶解平衡，題目難度中等，解答本題時注意把握題給信息，學(xué)習(xí)中注重知識遷移能力的培養(yǎng)．