Question

【題目】實(shí)驗(yàn)小組制備高鐵酸鉀(K2FeO4)并探究其性質(zhì)。

資料：K2FeO4為紫色固體，微溶于KOH溶液；具有強(qiáng)氧化性，在酸性或中性溶液中快速產(chǎn)生O2，在堿性溶液中較穩(wěn)定。

制備K2FeO4（夾持裝置略）

（1）A為氯氣發(fā)生裝置，A中反應(yīng)離子方程式是：___。

（2）將除雜裝置B補(bǔ)充完整并標(biāo)明所用試劑。___。

（3）C中得到紫色固體和溶液。C中Cl2發(fā)生的反應(yīng)有：3Cl2+2Fe(OH)3+10KOH→2K2FeO4+6KCl+8H2O，另外還有：___。

（4）已知Cl2與KOH在較高溫度下反應(yīng)生成KClO3。為了保證生產(chǎn)KClO，在不改變KOH溶液的濃度和體積的條件下，控制反應(yīng)在0℃~5℃進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)中可采取的措施是：___、__。

探究K2FeO4的性質(zhì)

（5）高鐵酸鉀常用于工業(yè)廢水與城市生活污水的處理，可用作高效水處理劑，表現(xiàn)在水中與污染物作用的過程中，經(jīng)過一系列反應(yīng)，由六價(jià)降至三價(jià)后，能對(duì)水產(chǎn)生凈化作用的原因是（結(jié)合離子方程式回答）：____。

（6）取C中紫色溶液，加入稀硫酸，產(chǎn)生黃綠色氣體，得溶液a，經(jīng)檢驗(yàn)氣體中含有Cl2，為證明是否K2FeO4氧化了Cl-而產(chǎn)生Cl2，設(shè)計(jì)以下方案：

方案I	取少量a，滴加KSCN溶液至過量，溶液呈紅色
方案II	用KOH溶液充分洗滌C中所得固體，再用KOH溶液將K2FeO4溶出，得到紫色溶液b，取少量b，滴加鹽酸，有Cl2產(chǎn)生

i．由方案I中溶液變紅可知a中含有__離子，但該離子的產(chǎn)生不能判斷一定K2FeO4將Cl-氧化，還可能由___產(chǎn)生（用離子方程式表示）。

ii．方案II可證明K2FeO4氧化了Cl-。

（7）用KOH溶液洗滌的目的是___。

（8）根據(jù)K2FeO4的制備實(shí)驗(yàn)得出：氧化性Cl2__FeO42-（填“＞”或“＜”），而方案II實(shí)驗(yàn)表明，Cl2和FeO42-的氧化性強(qiáng)弱關(guān)系相反，原因是___。

（9）資料表明，酸性溶液中的氧化性FeO42-＞MnO42-，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)如下：

將溶液b滴入MnSO4和足量H2SO4的混合溶液中，振蕩后溶液呈淺紫色，該現(xiàn)象能否證明氧化性FeO42-＞MnO42-，若能，請(qǐng)說明理由；若不能，進(jìn)一步設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，理由或方案：__。

Answer 1

【答案】2MnO4-+10Cl-+16H+=5Cl2↑+2Mn2++8H2O 3Cl2+2Fe(OH)3+10KOH=2K2FeO4+6KCl+8H2O 將裝置C中的三頸燒瓶放在冰水浴 在通入氯氣的過程中不斷攪拌 4FeO42-+10H2O=4Fe(OH)3+3O2↑+8OH-，生成的Fe(OH)3具有凈水作用 Fe3+ 4FeO42-+20H+=4Fe3++3O2↑+10H2O 使K2FeO4穩(wěn)定溶出，并把K2FeO4表面吸附的ClO-除盡，防止ClO-與Cl-在酸性條件下反應(yīng)產(chǎn)生Cl2，避免ClO-干擾實(shí)驗(yàn) > 溶液酸堿性不同 能說明，理由：FeO42-在過量酸的作用下完全轉(zhuǎn)化為Fe3+和O2，溶液淺紫色一定是MnO42-的顏色；不能說明，方案：向紫色溶液b中滴加過量稀硫酸，觀察溶液紫色快速褪去還是顯淺紫色。

【解析】

（1）高錳酸鉀溶液與濃鹽酸加熱反應(yīng)生成氯化鉀、氯化錳、氯氣和水，據(jù)此寫出離子方程式；

（2）濃鹽酸具有揮發(fā)性，因此產(chǎn)生的氯氣中含有少量的氯化氫和水蒸氣，因此為了不影響后續(xù)實(shí)驗(yàn)，除雜裝置B中加入飽和食鹽水，據(jù)此進(jìn)行分析；

（3）由于KOH過量， Cl2與KOH也能發(fā)生反應(yīng)；

（4）控制反應(yīng)在0℃~5℃進(jìn)行，采用的方法能夠達(dá)到降溫的目的即可；

（5）根據(jù)信息可知，堿性環(huán)境下，FeO42-發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生Fe(OH)3膠體，具有較強(qiáng)的吸附作用，能夠凈水；

（6）i．Fe3+與KSCN溶液相遇，溶液呈紅色；K2FeO4在酸性溶液中快速產(chǎn)生O2，自身會(huì)轉(zhuǎn)化為Fe3+，據(jù)此寫出離子方程式；

（7）K2FeO4晶體在堿性條件下較穩(wěn)定，使用KOH溶液溶出可以使K2FeO4穩(wěn)定析出，同時(shí)K2FeO4固體表面可能吸附ClO-，ClO-在酸性條件下可與Cl-反應(yīng)生成Cl2，從而干擾實(shí)驗(yàn)；

（8）K2FeO4的制備實(shí)驗(yàn)中，Fe(OH)3在堿性條件下被Cl2氧化為FeO42-，Cl2為氧化劑，FeO42-為氧化產(chǎn)物，氧化劑的氧化性強(qiáng)于氧化產(chǎn)物的氧化性，則Cl2的氧化性強(qiáng)于FeO42-；而方案Ⅱ中，FeO42-在酸性條件下氧化Cl-生成Cl2，FeO42-為氧化劑，Cl2為氧化產(chǎn)物，則FeO42-的氧化性強(qiáng)于Cl2；據(jù)此進(jìn)行分析；

（9）FeO42-在過量酸的作用下完全轉(zhuǎn)化為Fe3+和O2，Mn2+被氧化為MnO42-，溶液淺紫色，故能說明氧化性FeO42-＞MnO42-。

（1）高錳酸鉀溶液與濃鹽酸混合，反應(yīng)生成氯化鉀、氯化錳、氯氣和水，A中反應(yīng)離子方程式是：2MnO4-+10Cl-+16H+=5Cl2↑+2Mn2++8H2O；

故答案是：2MnO4-+10Cl-+16H+=5Cl2↑+2Mn2++8H2O；

（2）濃鹽酸具有揮發(fā)性，因此產(chǎn)生的氯氣中含有少量的氯化氫，為了不影響后續(xù)實(shí)驗(yàn)，除雜裝置B中加入飽和食鹽水，用以除去氯化氫，B中導(dǎo)管應(yīng)為“長進(jìn)短出”，如圖所示：；

故答案是：；

（3）由于KOH過量，Cl2與KOH反應(yīng)生成氯化鉀和次氯酸鉀，離子方程式為：Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O；

故答案是：Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O；

（4）若要控制反應(yīng)在0℃~5℃進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)時(shí)將裝置C中的三頸燒瓶放在冰水浴，也可以在通入氯氣的過程中不斷攪拌，以達(dá)到降溫目的；

故答案是：將裝置C中的三頸燒瓶放在冰水浴；在通入氯氣的過程中不斷攪拌；

（5）根據(jù)信息可知，堿性環(huán)境下，FeO42-發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生Fe(OH)3膠體，具有較強(qiáng)的吸附作用，能夠凈水；離子方程式為：4FeO42-+10H2O=4Fe(OH)3+3O2↑+8OH-；

故答案是：4FeO42-+10H2O=4Fe(OH)+3O2↑+8OH-；生成的Fe(OH)3具有凈水作用；

（6）i．方案Ⅰ中加入KSCN溶液至過量，溶液呈紅色，說明反應(yīng)后溶液中含有Fe3+；根據(jù)題干資料信息：K2FeO4在酸性溶液中快速產(chǎn)生O2，自身會(huì)轉(zhuǎn)化為Fe3+；離子方程式為4FeO42-+20H+=4Fe3++3O2↑+10H2O；

故答案是：Fe3+；4FeO42-+20H+=4Fe3++3O2↑+10H2O；

（7）K2FeO4晶體在堿性條件下較穩(wěn)定，使用KOH溶液洗滌可以使K2FeO4穩(wěn)定析出，同時(shí)K2FeO4固體表面可能吸附ClO-，ClO-在酸性條件下可與Cl-反應(yīng)生成Cl2，從而干擾實(shí)驗(yàn)，因此用KOH溶液洗滌的目的是：使K2FeO4穩(wěn)定溶出，同時(shí)洗去K2FeO4固體表面吸附的ClO-，防止ClO-與Cl-在酸性條件下反應(yīng)產(chǎn)生Cl2，干擾實(shí)驗(yàn)；

故答案是：使K2FeO4穩(wěn)定溶出，并把K2FeO4表面吸附的ClO-除盡，防止ClO-與Cl-在酸性條件下反應(yīng)產(chǎn)生Cl2，避免ClO-干擾實(shí)驗(yàn)；

（8）K2FeO4的制備實(shí)驗(yàn)中，Fe(OH)3在堿性條件下被Cl2氧化為FeO42-，Cl2為氧化劑，FeO42-為氧化產(chǎn)物，氧化劑的氧化性強(qiáng)于氧化產(chǎn)物的氧化性，則Cl2的氧化性強(qiáng)于FeO42-；而方案Ⅱ中，FeO42-在酸性條件下氧化Cl-生成Cl2，FeO42-為氧化劑，Cl2為氧化產(chǎn)物，則FeO42-的氧化性強(qiáng)于Cl2；氧化性強(qiáng)弱關(guān)系相反的原因是兩個(gè)反應(yīng)體系的酸堿性不同，因此溶液的酸堿性會(huì)影響物質(zhì)的氧化性的強(qiáng)弱。

故答案是：>；溶液酸堿性不同；

（9）向含有FeO42-溶液滴入MnSO4和足量H2SO4的混合溶液中，振蕩后溶液呈淺紫色，FeO42-在過量酸的作用下完全轉(zhuǎn)化為Fe3+和O2，溶液淺紫色一定是MnO42-的顏色，故能說明氧化性FeO42-＞MnO42-；由于K2FeO4為紫色固體，若向含有FeO42-溶液滴入MnSO4和足量H2SO4的混合溶液中，若觀察到溶液的顏色仍為淺紫色；若二者沒有發(fā)生反應(yīng)，則氧化性：FeO42-<MnO42-；

故答案是：能說明；FeO42-在過量酸的作用下完全轉(zhuǎn)化為Fe3+和O2，溶液淺紫色一定是MnO42-的顏色；不能說明，向紫色溶液b中滴加過量稀硫酸，觀察溶液紫色快速褪去還是顯淺紫色。