Question

17．高鐵酸鉀（K₂FeO₄）是一種集氧化、吸附、速凝于一體的新型多功能水處理劑．其生產流程如圖1：

（1）配制KOH溶液時，是在每100mL水中溶解61.6g KOH固體（該溶液的密度為1.47g/mL），它的物質的量濃度是10mol/L．
（2）在溶液I中加入KOH固體的目的是AC（填編號）．
A．與溶液I中過量的Cl₂繼續(xù)反應，生成更多的KClO
B．KOH固體溶解時會放出較多的熱量，有利于提高反應速率
C．為下一步反應提供堿性的環(huán)境
D．使副產物KClO₃轉化為 KClO
（3）每制得59.4克K₂FeO₄，理論上消耗氧化劑的物質的量為0.45mol．從溶液II中分離出K₂FeO₄后，還得到副產品KNO₃、KCl，寫出③中反應的離子方程式：2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．
（4）高鐵酸鉀（K₂FeO₄）溶液中加入稀硫酸，溶液變?yōu)辄S色，并有無色氣體產生，該反應的離子方程式是4FeO₄^2-+20 H⁺=4Fe³⁺+3O₂↑+10H₂O．
（5）從環(huán)境保護的角度看，制備K₂FeO₄較好的方法為電解法，其裝置如圖2所示．電解過程中陽極的電極反應式為Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O．

Answer 1

分析 氫氧化鉀溶液中充入足量氯氣，在溫度較低的條件下反應生成氯化鉀、次氯酸鉀和水，加入氫氧化鉀固體除去KCl，得到堿性KClO的濃溶液，加入90%硝酸鐵溶液發(fā)生反應生成高鐵酸鉀溶液Ⅱ純化得到濕產品，洗滌干燥得到K₂FeO₄晶體；
（1）根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計算出氫氧化鉀的物質的量，溶液質量等于溶質質量與溶劑質量之和，利用V=$\frac{m}{ρ}$計算溶液體積，再根據(jù)c=$\frac{n}{V}$計算氫氧化鉀溶液的物質的量濃度；
（2）根據(jù)生產工藝流程圖，第①步氯氣過量，第③步需要堿性條件，在溫度較高時KOH 與Cl₂ 反應生成的是KClO₃，氧化還原反應中化合價有升有降；
（3）反應③是次氯酸根離子在堿溶液中氧化鐵離子為高鐵酸根離子，根據(jù)題目信息、氧化還原反應中化合價發(fā)生變化確定產物以及電子得失守恒和質量守恒來配平；
（4）向高鐵酸鉀溶液中滴加稀硫酸，溶液變黃色，說明生成Fe³⁺，并產生大量氣泡，應為氧氣，說明高鐵酸鉀在酸性條件下自身發(fā)生氧化還原反應，生成鐵離子、氧氣和水；
（5）陽極發(fā)生氧化反應，堿性條件下鐵被氧化生成FeO₄^2-．

解答 解：（1）61.6g KOH固體的物質的量為$\frac{61.6g}{56g/mol}$=1.1mol，溶液的質量為100mL×1g/mL+61.6g=161.6g，所以溶液的體積為$\frac{161.6g}{1.47×1{0}^{-3}g/L}$=$\frac{161.6}{1470}$L，所以氫氧化鉀溶液的物質的量濃度為$\frac{1.1mol}{\frac{161.6}{1470}L}$=10mol/L，
故答案為：10；
（2）由工藝流程可知，反應液I中有過量的Cl₂反應，加KOH固體的目的是與過量的Cl₂繼續(xù)反應，生成更多的KClO．
A、與過量的Cl₂繼續(xù)反應，生成更多的KClO，故A正確；
B、由信息②可知溫度較高KOH與Cl₂ 反應生成的是KClO₃，不利用KClO生成、浪費原料，故B錯誤；
C、由工藝流程及③可知，利用Fe（NO₃）₃與KClO制備K₂FeO₄，故C正確；
D、由信息可知，該條件下KClO₃ 不能轉化為KClO，故D錯誤．
故選：AC；
（3）據(jù)題目信息和氧化還原反應中化合價發(fā)生變化確定找出反應物：Fe³⁺、ClO^-，生成物：FeO₄^2-、Cl^-，根據(jù)電子得失守恒和質量守恒來配平，可得③中反應的離子方程式為：2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．
每制得59.4克K₂FeO₄，物質的量=$\frac{59.4g}{198g/mol}$=0.3mol，理論上消耗氧化劑為KClO的物質的量 依據(jù)離子方程式定量關系計算，
2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O
      3           2
      n           0.3mol
n=0.45mol
故答案為：0.45；2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
（4）向高鐵酸鉀溶液中滴加稀硫酸，溶液變黃色，說明生成Fe³⁺，并產生大量氣泡，應為氧氣，反應的離子方程式為4FeO₄^2-+20 H⁺=4Fe³⁺+3O₂↑+10H₂O，說明高鐵酸鉀在酸性條件下自身發(fā)生氧化還原反應，
故答案為：4FeO₄^2-+20 H⁺=4Fe³⁺+3O₂↑+10H₂O；
（5）陽極發(fā)生氧化反應，堿性條件下鐵被氧化生成FeO₄^2-，電極方程式為Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O，故答案為：Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O．

點評 本題結合高鐵酸鉀（K₂FeO₄）的制備主要考查了氧化還原反應的知識、離子的檢驗等，為高考常見題型，題目培養(yǎng)了學生運用知識的能力．側重考查物質制備與物質分離提純的分析判斷，實驗過程的理解應用和基本操作的分析應用，題目難度中等．