Question

【題目】高鐵酸鉀(K2FeO4)是一種集強氧化性、吸附、絮凝于一體的新型多功能處理劑，其生產(chǎn)工藝如圖所示：

　　

已知K2FeO4具有下列性質(zhì)：

①可溶于水、微溶于濃KOH溶液

②在0～5 ℃、強堿性溶液中比較穩(wěn)定

③在Fe3＋和Fe(OH)3催化作用下發(fā)生分解

④在酸性至堿性條件下，能與水反應(yīng)生成Fe(OH)3和O2

請完成下列填空：

(1)已知Cl2與KOH在較高溫度下反應(yīng)生成KClO3。在不改變KOH溶液的濃度和體積的條件下，生產(chǎn)KClO應(yīng)在溫度___________的情況下進行(填“較高”或“較低”)。

(2)生產(chǎn)K2FeO4的反應(yīng)原理是：Fe(NO3)3+KClO+KOH→K2FeO4+KNO3+KCl+H2O(未配平)，則該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為______________。

(3)K2FeO4在弱堿性條件下能與水反應(yīng)生成Fe(OH)3和O2，則該反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________。

(4)在“反應(yīng)液Ⅰ”中加KOH固體的目的是___________。

A. 為下一步反應(yīng)提供反應(yīng)物

B. 與“反應(yīng)液Ⅰ”中過量的Cl2繼續(xù)反應(yīng)，生成更多的KClO

C. KOH固體溶解時會放出較多的熱量，有利于提高反應(yīng)速率

D. 使副產(chǎn)物KClO3轉(zhuǎn)化為KCl

(5)制備K2FeO4時，須將90%的Fe(NO3)3溶液緩慢滴加到堿性的KClO濃溶液中，并且不斷攪拌。采用這種混合方式的原因是_______________________ (答出1條即可)。

(6)從“反應(yīng)液Ⅱ”中分離出K2FeO4晶體后，可以得到的副產(chǎn)品有________ (寫化學(xué)式)。

(7)工業(yè)上常用“間接碘量法”測定高鐵酸鉀樣品中高鐵酸鉀的含量，其方法是：用堿性的碘化鉀溶液(pH為11～12)溶解3.96 g高鐵酸鉀樣品，調(diào)節(jié)pH為1，避光放置40分鐘至反應(yīng)完全(高鐵酸根離子全部被還原成鐵離子)，再調(diào)節(jié)pH為3～4(弱酸性)。以1.0 mol/L的硫代硫酸鈉標準溶液為滴定劑進行滴定(2Na2S2O3+I2=Na2S4O6+2NaI)，當達到滴定終點時，用去硫代硫酸鈉標準溶液15.00 mL，則原高鐵酸鉀樣品中高鐵酸鉀的質(zhì)量分數(shù)為______________。

Answer 1

【答案】較低 3∶2 4K2FeO4+10H2O=8KOH+4Fe(OH)3↓+3O2↑ AB 減少K2FeO4在過量Fe3+作用下的分解(或K2FeO4在低溫、強堿性溶液中比較穩(wěn)定) KNO3、KCl 25%

【解析】

足量Cl2通入和KOH溶液中，溫度低時發(fā)生反應(yīng)Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+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)利用Fe(NO3)3與KClO制備K2FeO4，由信息可知溫度較高KOH與Cl2 反應(yīng)生成KClO3；

(2)根據(jù)電子守恒計算；

(3)K2FeO4在弱堿性條件下能與水反應(yīng)生成Fe(OH)3和O2，利用元素守恒可寫出化學(xué)方程式；

(4)根據(jù)生產(chǎn)工藝流程圖，反應(yīng)①中氯氣過量，過量的Cl2與KOH繼續(xù)反應(yīng)，生成更多的KClO；

(5)由信息可知，K2FeO4在Fe3+和Fe(OH)3催化作用下發(fā)生分解；

(6)根據(jù)生產(chǎn)工藝流程圖，利用元素守恒可知，Fe(NO3)3與KClO在堿性條件下反應(yīng)得溶液II中含有K2FeO4、KNO3和KCl；

(7)用堿性的碘化鉀溶液溶解高鐵酸鉀樣品，調(diào)節(jié)pH為1，高鐵酸根與碘離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，高鐵酸根離子全部被還原成鐵離子，碘離子被氧化成碘，根據(jù)電子得失守恒有關(guān)系2FeO42-～3I2，再根據(jù)反應(yīng)2Na2S2O3+I2═Na2S4O6+2NaI，利用硫代硫酸鈉的物質(zhì)的量可計算得高鐵酸鉀的質(zhì)量，進而確定質(zhì)量分數(shù)。

足量Cl2通入和KOH溶液中，溫度低時發(fā)生反應(yīng)Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+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ClO-離子才能和Fe3+發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成FeO42-，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，根據(jù)電子得失守恒可知發(fā)生反應(yīng)方程式為：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)由工藝流程可知，利用Fe(OH)3與KClO制備K2FeO4，由信息可知溫度較高KOH與Cl2反應(yīng)生成的是KClO3，在低溫下KOH與Cl2反應(yīng)生成的是KClO，所以應(yīng)選擇低溫較低；

(2)生產(chǎn)K2FeO4的反應(yīng)原理是：Fe(NO3)3+KClO+KOH→K2FeO4+KNO3+KCl+H2O(未配平)，F(xiàn)e(NO3)3為還原劑，KClO為氧化劑，根據(jù)得失電子守恒可知，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為3：2；

(3)K2FeO4在弱堿性條件下能與水反應(yīng)生成Fe(OH)3和O2，反應(yīng)的化學(xué)方程式為4K2FeO4+10H2O=8KOH+4 Fe(OH)3↓+3O2↑；

(4)A．Fe(NO3)3與KClO反應(yīng)時，要消耗KOH，A正確；

B．根據(jù)生產(chǎn)工藝流程圖可知，第①步Cl2過量，加入KOH固體后會繼續(xù)反應(yīng)生成KClO，B正確；

C．因溫度較高時KOH 與Cl2反應(yīng)生成的是KClO3，而不是KClO，C錯誤；

D．KClO3轉(zhuǎn)化為 KCl，化合價只降低不升高，不符合氧化還原反應(yīng)原理，D錯誤；

(5)信息可知，K2FeO4在Fe3+和Fe(OH)3催化作用下發(fā)生分解，將90%的Fe(NO3)3溶液緩慢滴加到堿性的KClO濃溶液中，并且不斷攪拌，可以減少K2FeO4在過量Fe3+作用下的分解；

(6)根據(jù)生產(chǎn)工藝流程圖，利用元素守恒可知，硝酸鐵與次氯酸鉀在堿性條件下反應(yīng)得溶液II中含有高鐵酸鉀、硝酸鉀和氯化鉀，所以從溶液II中分離出K2FeO4后，同時得到副產(chǎn)品有KCl、KNO3；

(7)用堿性的碘化鉀溶液溶解高鐵酸鉀樣品，調(diào)節(jié)pH為1，高鐵酸根與碘離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，高鐵酸根離子全部被還原成鐵離子，碘離子被氧化成碘，根據(jù)電子得失守恒有關(guān)系2FeO42-～3I2，再根據(jù)反應(yīng)2Na2S2O3+I2=Na2S4O6+2NaI，得關(guān)系式2FeO42-～3I2～6Na2S2O3，所以高鐵酸鉀的質(zhì)量為×1.0mol/L×0.015L×198g/mol=0.99g，則原高鐵酸鉀樣品中高鐵酸鉀的質(zhì)量分數(shù)為×100%=25%。