Question

【題目】實驗室以次氯酸鹽和鐵鹽為原料制備少量K2FeO4的操作步驟如下：

Ⅰ．制備NaClO強堿性飽和溶液：

①將20 mL NaOH溶液加入儀器b中，冷水浴冷卻，通入Cl2，攪拌，直至溶液變?yōu)辄S綠色且有少量白色晶體析出為止（裝置如下圖所示）。

②將所得飽和NaClO倒入燒杯并置于冷水浴中，分幾次加入20 g NaOH固體并不斷攪拌，過濾，得NaClO強堿性飽和溶液。

(1)甲裝置中a管的作用是_____________________________________________。

(2)寫出甲裝置中反應的化學方程式_____________________________________。

(3)石灰乳的作用是___________________________________________________。

(4)反應過程中用冷水浴冷卻的原因是___________________________________。

Ⅱ．合成K2FeO4：

①稱取5.05 g Fe(NO3)3·9H2O（相對分子質量為404）固體，在冷水浴中分批加入Ⅰ中所得濾液，并不斷攪拌，反應1小時后溶液呈深紫紅色（即Na2FeO4）。

②離心分離除去Na2FeO4水解得到的Fe(OH)3膠體，留上層清液（深紫紅色）。

③向②的上層清液中緩慢加入KOH飽和溶液50.00mL，冰水浴保持5 min，過濾，得K2FeO4（相對分子質量為198）粗產品。

④將粗產品重結晶，并用異丙醇洗滌，低溫烘干，得純產品2.13 g。

(5)合成Na2FeO4的離子方程式為____________________________________。

(6)過程③加入飽和KOH溶液即可得到K2FeO4粗產品，原因是__________。

(7)用異丙醇洗滌的目的是__________________________________________。

(8)K2FeO4的產率為___________（保留至0.1%）。

Answer 1

【答案】平衡壓強，使漏斗內的液體能順利滴下 2KMnO4＋16HCl=2KCl＋MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O 除去未反應的氯氣，防止氯氣污染空氣 有利于氯氣與氫氧化鈉溶液反應生成次氯酸鈉 2Fe 3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O K2FeO4的溶解度小于 Na2FeO4，加入飽和 KOH 溶液可以增大 K+的濃度，使 Na2FeO4+2KOHK2FeO4+2NaOH 平衡向右移動，析出晶體 用異丙醇代替水洗滌產品可以減少高鐵酸鉀的溶解損耗 86.1%

【解析】

Ⅰ．在冷的NaOH溶液中通入利用甲裝置制得的氯氣并攪拌，直至溶液變?yōu)辄S綠色且有少量白色晶體析出為止，然后向飽和NaClO溶液中加入NaOH固體，即可得NaClO強堿性飽和溶液；

Ⅱ．在NaClO強堿性飽和溶液中分次加入Fe(NO3)3·9H2O(相對分子質量為404)固體，并用冷水浴降溫和不斷攪拌，即可得深紫紅色Na2FeO4溶液，用離心分離除去少量Fe(OH)3膠體，然后在上層中緩慢加入KOH飽和溶液，經過濾并用異丙醇洗滌，低溫烘干，得高鐵酸鉀。

(1) 甲裝置中高錳酸鉀與濃鹽酸發(fā)生氧化還原反應生成氯氣，利用a管可平衡壓強，使漏斗內的液體能順利滴下；

(2) 甲裝置中用高錳酸鉀固體粉末與濃鹽酸發(fā)生反應可以制取氯氣，反應的化學方程式為2KMnO4＋16HCl=2KCl＋MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O；

(3) 氯氣有毒，污染空氣，石灰乳除去未反應氯氣，防止氯氣污染空氣；

(4) 溫度不同時，氯氣與NaOH反應的產物也不同，常溫下，生成次氯酸鈉，溫度高時，反應生成氯酸鉀，6NaOH+3Cl25NaCl+NaClO3+3H2O，降低了次氯酸鈉的產量；則反應過程中用冷水浴冷卻有利于氯氣與氫氧化鈉溶液反應生成次氯酸鈉；

(5) 氫氧化鐵被次氯酸根氧化為高鐵酸根(FeO42-)同時生成Cl-、H2O，反應的離子方程式為2Fe3++3ClO-+6OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O；

(6) 該溫度下高鐵酸鉀的溶解度比高鐵酸鈉的溶解度小，加入飽和KOH溶液可以增大K+的濃度，減小高鐵酸鉀的溶解，促進高鐵酸鉀晶體析出；

(7) 高鐵酸鉀可溶于水，用異丙醇代替水洗滌產品，可減少高鐵酸鉀的溶解損耗；

(8) 5.05g Fe(NO3)39H2O的物質的量為n(Fe(NO3)39H2O)=0.0125mol，根據(jù)鐵元素守恒可知n(K2FeO4)=0.0125mol，則m(K2FeO4)=0.0125mol×198g/mol=2.475g，則產率為=×100%=86.1%。