Question

7．高鐵酸鉀是綠色、環(huán)保型水處理劑，也是高能電池的電極材料．工業(yè)上利用硫酸亞鐵為原料，通過(guò)鐵黃（FeOOH）制備高鐵酸鉀，可降低生產(chǎn)成本且產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)．工藝流程如圖：

回答下列問(wèn)題：
（1）有同學(xué)認(rèn)為上述流程可以與氯堿工業(yè)聯(lián)合．寫(xiě)出電解飽和食鹽水制取次氯酸鈉的化學(xué)方程式NaCl+H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$NaClO+H₂↑．
（2）制備鐵黃的離子方程式為4Fe²⁺+O₂+6H₂O=4FeOOH+8H⁺．實(shí)驗(yàn)測(cè)得反應(yīng)溶液的pH、溫度對(duì)鐵黃產(chǎn)率的影響如圖所示．反應(yīng)溫度宜選擇40℃；pH大于4.5時(shí)鐵黃產(chǎn)率逐漸降低的主要原因可能是酸性減弱，F(xiàn)e（OH）₃增多．
（3）用高鐵酸鉀作水處理劑除了可以對(duì)水體進(jìn)行殺菌消毒之外，其還原產(chǎn)物氫氧化鐵膠體還能吸附水中懸浮雜質(zhì)，請(qǐng)寫(xiě)出用高鐵酸鉀除去水體中CN^-的離子方程式10FeO₄^2-+6CN^-+22H₂O=10Fe（OH）₃（膠體）+6CO₃^2-+3N₂↑+14OH^-．
（4）已知：常溫下，K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38．高鐵酸鉀的凈水能力與廢水的pH有關(guān)，當(dāng)溶液pH=2時(shí)，廢水中c（Fe³⁺）=0.04mol•L^-1．
（5）如果上述流程中，鐵元素總利用率為75%．利用1L 2mol•L^-1FeSO₄溶液能制備純度為90%的高鐵酸鉀330g．

Answer 1

分析 制備高鐵酸鉀：硫酸亞鐵中+2價(jià)的鐵具有還原性，氧氣具有氧化性，兩者反應(yīng)生成鐵黃，反應(yīng)為：4Fe²⁺+O₂+6H₂O=4FeOOH+8H⁺，氯氣和氫氧化鈉反應(yīng)生成氯化鈉、次氯酸鈉和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Cl₂+2NaOH═NaCl+NaClO+H₂O，鐵黃和次氯酸鈉反應(yīng)生成高鐵酸鈉，2FeOOH+3NaClO+4NaOH=2Na₂FeO₄+3NaCl+3H₂O，高鐵酸鈉在溶液中溶解度大于高鐵酸鉀，加入氯化鉀，2KOH+Na₂FeO₄ =K₂FeO₄+2NaOH，高鐵酸鈉在溶液中轉(zhuǎn)化成高鐵酸鉀，靜置，抽濾獲得粗產(chǎn)品，據(jù)此分析解答．

解答 解：（1）電解飽和食鹽水，根據(jù)題意產(chǎn)物為次氯酸鈉和氫氣，則發(fā)生的反應(yīng)為：NaCl+H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$NaClO+H₂↑；
故答案為：NaCl+H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$NaClO+H₂↑；
（2）硫酸亞鐵中+2價(jià)的鐵具有還原性，氣具有氧化性，兩者發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成鐵黃，反應(yīng)為：4Fe²⁺+O₂+6H₂O=4FeOOH+8H⁺，根據(jù)圖象，40℃左右時(shí)，鐵黃產(chǎn)率較高，PH大于4.5時(shí)，酸性減弱生成了氫氧化鐵，使得鐵黃產(chǎn)率降低；
故答案為：4Fe²⁺+O₂+6H₂O=4FeOOH+8H⁺；40℃；酸性減弱，F(xiàn)e（OH）₃增多；
（3）高鐵酸鉀具有氧化性，可以將CN^-氧化為氮?dú)夂投趸级ィ旧肀贿€原為氫氧化鐵，在堿性溶液中二氧化碳變成碳酸根離子，反應(yīng)的方程式為：10FeO₄^2-+6CN^-+22H₂O=10Fe（OH）₃（膠體）+6CO₃^2-+3N₂↑+14OH^-；
故答案為：10FeO₄^2-+6CN^-+22H₂O=10Fe（OH）₃（膠體）+6CO₃^2-+3N₂↑+14OH^-；
（4）PH=2時(shí)，C（OH^-）=10^-12mol/L，根據(jù)K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，C（Fe³⁺）=$\frac{4.0×1{0}^{-38}}{（1{0}^{-12}）^{3}}$mol/L=0.04mol/L；
故答案為：0.04；
（5）1mol 2mol•L^-1FeSO₄溶液中含有2molFeSO₄，根據(jù)鐵元素守恒，生成高鐵酸鉀的質(zhì)量為：m=2mol×75%×198g/mol÷90%=330g；
故答案為：330．

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、溶度積的計(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．