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境

B．使 KClO3 轉化為 KClO

C．與溶液 I 中過量的Cl2繼續反應，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

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繼續反應，生成更多的KClO，且保持溶液為強堿性環境；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，發生氧化反應判斷；

(6) 結合FeO42-在水溶液中的存在形態與溶液的pH關系分析判斷。

(1)在工業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，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生反應為：HFeO4-+OH-=FeO42-+H2O，選項C正確；

故合理選項是C。