Question

高鐵酸鉀是一種新型高效多功能水處理劑。工業上常采用NaClO氧化法生產，反應原理為：
①在堿性條件下，利用NaClO氧化Fe(NO₃)₃制得Na₂FeO₄
3NaClO + 2Fe(NO₃)₃ + 10NaOH＝2Na₂FeO₄↓+ 3NaCl + 6NaNO₃ + 5H₂O
②Na₂FeO₄與KOH反應生成K₂FeO₄：Na₂FeO₄ + 2KOH＝K₂FeO₄ + 2NaOH
主要的生產流程如下：

（1）加入鹽酸調節溶液pH時需用pH試紙粗略測試pH以控制加入鹽酸的量。實驗室用pH試紙測定溶液pH的操作是                                                                    。
（2）流程圖中“轉化”（反應③）是在某低溫下進行的，說明此溫度下K_sp（K₂FeO₄）     K_sp（Na₂FeO₄）（填“＞”或“＜”或“＝”）。
（3）反應的溫度、原料的濃度和配比對高鐵酸鉀的產率都有影響。
圖1為不同的溫度下，Fe(NO₃)₃不同質量濃度對K₂FeO₄生成率的影響；
圖2為一定溫度下，Fe(NO₃)₃質量濃度最佳時，NaClO濃度對K₂FeO₄生成率的影響。

工業生產中最佳溫度為    ℃，此時Fe(NO₃)₃與NaClO兩種溶液最佳質量濃度之比為    。
（4）K₂FeO₄在水溶液中易“水解”：4FeO₄^2- + 10H₂O 4Fe(OH)₃ + 8OH^- + 3O₂。在“提純”K₂FeO₄中采用重結晶、洗滌、低溫烘干的方法，則洗滌劑最好選用       溶液（填序號）。

A．H2O

B．CH3COONa、異丙醇

C．NH4Cl、異丙醇

D．Fe(NO3)3、異丙醇

（5）K₂FeO₄處理水時，不僅能消毒殺菌，還能除去水體中的H₂S、NH₃等，生成的Fe(OH)₃膠體還能吸附水中的懸浮雜質。根據污染物的實際情況向水中加入適量的K₂FeO₄將污染物轉化為無污染的物質，試寫出K₂FeO₄處理含有NH₃污水時與NH₃反應的離子方程式                                  。

Answer 1

（12分，每空2分）（1）取一小塊試紙放在表面皿或玻璃片上，用玻璃棒蘸取待測液，點在pH試 紙上，半分鐘后與標準比色卡對照  （2）＜ （3）①26  6:5 （4）B
（5）2FeO₄^2-+2NH₃+2H₂O＝2Fe(OH)₃(膠體)+N₂↑+ 4OH^-
或（2FeO₄^2-+2NH₃·H₂O＝2Fe(OH)₃(膠體)+N₂↑+ 4OH^-）（把膠體寫成↓也可。）

試題分析：（1）實驗室用pH試紙測定溶液的pH值的正確操作是取一小塊試紙放在表面皿或玻璃片上，用玻璃棒蘸取待測液，點在pH試紙上，半分鐘后與標準比色卡對照即可。
（2）由流程圖可知，“轉化”（反應③）是Na₂FeO₄→K₂FeO₄，該轉化是在某低溫下進行的，根據沉淀更容易向生成更難溶的方向進行可知，此溫度下K₂FeO₄的溶解度小于Na₂FeO₄，所以K_sp（K₂FeO₄）＜K_sp（Na₂FeO₄）。
（3）由圖1可知，在Fe(NO₃)₃濃度一定時，溫度在26℃時，K₂FeO₄的生成率最高，故工業生產中最佳溫度為26℃。由圖1可知，Fe(NO₃)₃濃度在330g/L時，K₂FeO₄的生成率最高。由圖2可知，NaClO在2575g/L時，K₂FeO₄的生成率最高，所以Fe（NO₃）₃與NaClO兩種溶液最佳質量濃度之比為330g/L:275g/L＝6:5。
（4）K₂FeO₄ 在水溶液中易水解呈堿性，應選擇堿性非水溶液抑制K₂FeO₄水解，進行洗滌。A、H₂O不能抑制水解，且容易損失，故A錯誤；B、CH₃COONa溶于水水解顯堿性、異丙醇，能抑制水解，減少洗滌損失，故B正確；C、NH₄Cl溶于水水解顯酸性，不能抑制水解，促進水解，故C錯誤；D、Fe(NO₃)₃溶于水水解顯酸性，不能抑制水解，促進水解，故D錯誤，答案選B。
（5）向含有NH₃污水中加入適量的K₂FeO₄將污染物轉化為無污染的物質，則該無毒的物質是氮氣，而高鐵酸鉀的還原產物是氫氧化鐵，其中氮元素的化合價從－3價升高到0價，失去3個電子。鐵元素的化合價從＋6價降低到＋3價，得到3個電子，因此氧化劑高鐵酸鉀與還原劑氨氣的物質的量之比是1：1，根據原子守恒可知反應的離子方程式為2FeO₄^2-+2NH₃+2H₂O＝2Fe(OH)₃(膠體)+N₂↑+ 4OH^-或（2FeO₄^2-+2NH₃·H₂O＝2Fe(OH)₃(膠體)+N₂↑+ 4OH^-）。