Question

高鐵酸鉀廣泛應用于凈水、電池工業等領域。工業上以鈦白粉生產的副產品FeSO₄制備高鐵酸鉀的生產流程如下：

查資料得知K₂FeO₄的一些性質：
①在堿性環境中穩定，在中性和酸性條件下不穩定
②溶解度很大，難溶于無水乙醇等有機溶劑
③具有強氧化性，能氧化有機烴、苯胺和80%以下乙醇溶液
回答下列問題：
（1）寫出“氧化I”中，生成Fe³⁺的離子反應方程式                            。
（2）氧化II中，試劑A為            (填“H₂O₂”或“HNO₃”或“NaClO”)；過濾操作中，得到的濾渣B中除NaCl還有           
（3）操作I中包括冷卻結晶、過濾、洗滌干燥幾個步驟。洗滌干燥的目的是脫堿脫水，進行該操作時最好用              洗滌。
（4）凈水時高鐵酸鉀能逐漸與水反應生成絮狀的Fe(OH)₃，請補充并配平該反應方程式：     K₂FeO₄ +       H₂O =      Fe(OH)₃↓ +      KOH +                                                   
（5）將一定量的K₂FeO₄投入一定濃度的FeCl₃溶液中，測得剩余K₂FeO₄濃度如下圖所示，推測產生曲線I和曲線II差異的原因是                                               。

Answer 1

（16分）
（1）H₂O₂+2H⁺+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O（3分，配平錯扣1分）
（2）NaClO  Na₂SO₄（各2分，共4分）
（3）無水乙醇（3分）
（4）4   10   4    8    3O₂ ↑ （產物正確1分，共3分）
（5）FeCl₃溶液水解顯酸性，促進K₂FeO₄與水反應，從而降低K₂FeO₄濃度（3分）

試題分析：（1）原料為硫酸亞鐵溶液，所含亞鐵離子具有還原性，硫酸是強酸，提供氫離子，不僅能抑制亞鐵離子和鐵離子的水解，而且能增強過氧化氫的氧化能力，使亞鐵離子氧化為鐵離子，根據化合價升降法、電荷守恒、原子守恒配平，則氧化I中生成鐵離子的離子方程式為H₂O₂+2H⁺+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O；（2）由于目標產物是K₂FeO₄，它在堿性環境中穩定，在中性和酸性條件下不穩定，則氧化II中加入的氧化劑不能使H₂O₂，因為H₂O₂在堿性條件下的氧化性比酸性條件下弱，試劑A也不能是HNO₃，因為酸性條件下Na₂FeO₄不穩定，試劑A只能是 NaClO，氧化II中反應為2NaOH+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O、Fe₂(SO₄)₃+3NaClO+10NaOH==2Na₂FeO₄+3NaCl+3Na₂SO₄+5H₂O；根據已知信息可知，K₂FeO₄的溶解度很大，由此類推Na₂FeO₄的溶解度很大，為了從Na₂FeO₄、NaCl、Na₂SO₄、NaClO（過量）、NaOH（過量）組成的混合溶液中分離出Na₂FeO₄、NaOH（過量），則過濾所得濾渣的主要成分為NaCl、Na₂SO₄、NaClO（過量），除去它們之后所得的Na₂FeO₄、NaOH（過量）溶液用于制備K₂FeO₄；（3）Na₂FeO₄、NaOH（過量）溶液中加入過量KOH時的反應為：Na₂FeO₄+2KOH= K₂FeO₄+2NaOH，所得溶液經過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌可得K₂FeO₄晶體；由于K₂FeO₄的溶解度很大，難溶于無水乙醇等有機溶劑，且具有強氧化性，能氧化有機烴、苯胺和80%以下乙醇溶液，除去堿的同時，為了減少洗滌晶體造成K₂FeO₄的損失，最好選擇無水乙醇洗滌K₂FeO₄晶體；（4）觀察可得，該反應中鐵元素由+6價將為+3價，鉀元素、氫元素的化合價都沒有變化，根據氧化還原反應的特征推斷，化合價升高的元素只能是氧，氧元素由—2價升為其相鄰的0價，則缺項物質為氧氣，根據化合價升降法、原子守恒配平可得：4K₂FeO₄+10H₂O==4Fe(OH)₃↓ +8KOH+3O₂↑；（5）根據已知信息可知，K₂FeO₄在堿性環境中穩定，在中性和酸性條件下不穩定，氯化鐵是強酸弱堿鹽，能水解，導致其溶液顯弱酸性，K₂FeO₄在酸性條件下不穩定，酸性越強，K₂FeO₄越不穩定，反應速率越大，剩余K₂FeO₄的濃度越小。