Question

【題目】高鐵酸鉀(K2FeO4)是一種集氧化、吸附、絮凝于一體的新型多功能水處理劑。其生產工藝如下：

已知：①2KOH+Cl2=KCl+KClO+H2O(條件：溫度較低)

②6KOH+3Cl2=5KCl+KClO3+3H2O(條件：溫度較高)

③K2FeO4在水溶液中易水解：4FeO42+10H2O 4Fe(OH)3(膠體)+8OH-+3O2↑

回答下列問題：實驗室可利用如圖裝置完成流程①和②

(1)寫出工業(yè)上制取 Cl2 的化學方程式_____；恒壓滴液漏斗支管的作用_____，兩水槽中的水為__________(填“熱水”或“冷水”)．

(2)反應一段時間后，停止通氯氣，再往儀器 a 中加入濃 KOH 溶液的目的是_____；

A．為下一步反應提供堿性的環(huán)境

B．使 KClO3 轉化為 KClO

C．與溶液 I 中過量的Cl2繼續(xù)反應，生成更多的KClO

D．KOH 固體溶解時會放出較多的熱量，有利于提高反應速率

(3)從溶液Ⅱ中分離出 K2FeO4后，還會有副產品KNO3、KCl，則反應③中發(fā)生的離子方程式為：_________________。

(4)用重結晶法提純粗產品：將粗產品先用 KOH 稀溶液溶解，再加入飽和的 KOH溶液，冷卻結晶，過濾，用少量異丙醇洗滌，最后低溫真空干燥。

①洗滌粗品時選用異丙醇而不用水的理由是_____________。

②如何判斷 K2FeO4 晶體已經洗滌干凈________________。

(5)從環(huán)境保護的角度看，制備 K2FeO4 較好的方法為電解法，其裝置如圖電解過程中陽極的電極反應式為___________。

(6)FeO42-在水溶液中的存在形態(tài)如圖所示。下列說法正確的是______________。

A．不論溶液的酸堿性如何變化，鐵元素都有 4 種存在形態(tài)

B．向 pH=10的這種溶液中加硫酸至 pH=2，HFeO4-的分布分數逐漸 增大

C．向 pH=6 的這種溶液中加 KOH 溶液，發(fā)生反應的離子方程式為HFeO4-+OH-=FeO42- +H2O

Answer 1

【答案】2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑ 平衡壓強，以便液體順利流下 冷水 AC 2Fe3+ +3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O 防止FeO42-水解，利于烘干 取少量最后一次的洗滌液，加入硝酸酸化的硝酸銀溶液，若無白色沉淀則已被洗凈 Fe+8OH--6e-═FeO42-+4H2O C

【解析】

在工業(yè)上用電解飽和食鹽水的方法制取氯氣；足量Cl2通入KOH溶液中，溫度低時發(fā)生反應2KOH+Cl2=KCl+KClO+H2O，向溶液I中加入KOH，使氯氣完全反應，且將溶液轉化為堿性溶液，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2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O，得到溶液II，純化得到濕產品，將濕產品洗滌、干燥得到晶體K2FeO4。

(1)根據常用儀器的用途解答；根據流程，需生成KClO，溫度較低時生成KClO；

(2)KOH和氯氣在低溫下反應生成KClO，只有堿性條件下，鐵離子才能和次氯酸根離子發(fā)生氧化還原反應生成高鐵酸根離子，再往儀器a中加入濃KOH溶液的目的是與過量的Cl2繼續(xù)反應，生成更多的KClO，且保持溶液為強堿性環(huán)境；氯氣為黃綠色氣體，判斷濃KOH溶液已過量可通過三頸燒瓶內顏色徹底變成無色后判斷；

(3)根據題目信息、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)①加入飽和KOH溶液可以增大氫氧根離子的濃度，使平衡向左移動；

②只要檢驗最后一次的洗滌中無Cl-，即可證明K2FeO4晶體已經洗滌干凈；

(5)電解時陽極失去電子，發(fā)生氧化反應判斷；

(6) 結合FeO42-在水溶液中的存在形態(tài)與溶液的pH關系分析判斷。

(1)在工業(yè)上用電解飽和食鹽水的方法制取氯氣，反應的化學方程式是：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑；儀器a是三頸燒瓶，恒壓滴液漏斗上部和三頸燒瓶氣壓相通，就可以使恒壓滴液漏斗上下氣體壓強相同，保證恒壓滴液漏斗中的液體順利滴下；氯氣與KOH反應隨溫度的不同，而不同。根據流程，需生成KClO，在較低溫度下發(fā)生反應：2KOH+Cl2=KCl+KClO+H2O，所以兩水槽中的水為冷水，起降溫作用；

(2)只有堿性條件下，鐵離子才能和次氯酸根離子發(fā)生氧化還原反應生成FeO42-，KOH和氯氣反應生成KClO，所以加入KOH的目的是除去氯氣且使溶液為后一步反應提供堿性生成更多的KClO，選項AC合理；

(3)據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-、OH-，生成物：FeO42-、Cl-、H2O，根據電子得失守恒和質量守恒、電荷守恒來配平方程式為2Fe3++3ClO-+10OH- =2FeO42-+3Cl-+5H2O；

(4)①洗滌K2FeO4 晶體的粗品時選用異丙醇而不用水是因為K2FeO4在水溶液中易發(fā)生水解反應：4 FeO42-+10H2O4Fe(OH)3(膠體)+8OH-+3O2↑；而且異丙醇沸點低，容易氣化，便于K2FeO4干燥；

②K2FeO4晶體表面含有雜質離子為氯離子，所以只要檢驗最后一次的洗滌中無Cl-，即可證明晶體已經洗滌干凈。方法是用試管取少量最后一次的洗滌液，加入硝酸酸化的硝酸銀溶液，若無白色沉淀則已被洗凈；

(5)電解時陽極Fe失電子發(fā)生氧化反應，電極反應方程式為：Fe+8OH--6e-═FeO42-+4H2O；

(6) A．不同pH值時，溶液中鐵元素的存在形式及種類數都不同，如pH=8時，只有兩種存在形態(tài)，選項A錯誤；

B．由圖象分析可知，改變溶液的pH，當溶液由pH=10降至pH=4的過程中，HFeO4-的分布分數是先增大后減小，故B錯誤；

C．向pH=8的這種溶液中加KOH溶液，根據分布圖中微粒濃度的變化可知發(fā)生反應為：HFeO4-+OH-=FeO42-+H2O，選項C正確；

故合理選項是C。