Question

【題目】高鐵酸鉀(K2FeO4)是一新型、高效、無毒的多功能水處理劑。

（資料）K2FeO4為紫色固體，微溶于KOH溶液，具有強氧化性，在酸性或中性溶液中快速產(chǎn)生O2，在堿性溶液中較穩(wěn)定。

（1）制備K2FeO4。

①A為制取氯氣發(fā)生裝置，其中盛放濃鹽酸的儀器名稱為___________。

②除雜裝置B中的試劑為___________。

③C為制備K2FeO4裝置，KOH溶液過量的原因是___________。

④D為尾氣處理裝置，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為___________。

（2）探究 K2FeO4的性質(zhì)。取C中紫色溶液，加入稀硫酸，產(chǎn)生黃綠色氣體，得溶液a，經(jīng)檢驗氣體中含有Cl2。為證明K2FeO4能否氧化Cl－而產(chǎn)生Cl2，設(shè)計以下方案：

方案I	取少量溶液a，滴加KSCN溶液至過量，溶液呈紅色。
方案Ⅱ	用KOH溶液充分洗滌C中所得固體，再用KOH溶液將K2FeO4溶出，得到紫色溶液b。取少量b，滴加鹽酸，有Cl2產(chǎn)生。

①由方案I中溶液變紅可知a中含有___________。該離子的產(chǎn)生___________(填“能”或“不能”)判斷一定是由K2FeO4被Cl－還原而形成的。

②方案Ⅱ用KOH溶液洗滌的目的是___________。方案Ⅱ得出氧化性：Cl2___________FeO42－(填“>”或“<”)

（3）使用時經(jīng)常通過測定高鐵酸鉀的純度來判斷其是否變質(zhì)。K2FeO4在硫酸溶液中反應(yīng)如下：_______ FeO42－+______H+===_______O2↑+________Fe3++________(配平及完成上述離子方程式)________�，F(xiàn)取C中洗滌并干燥后樣品的質(zhì)量10g，加入稀硫酸，收集到0.672L氣體(標(biāo)準狀況下)。則樣品中高鐵酸鉀的質(zhì)量分數(shù)約為___________。(計算結(jié)果保留到0.1%)

Answer 1

【答案】分液漏斗 飽和氯化鈉溶液 K2FeO4微溶于KOH溶液，在堿性溶液中較穩(wěn)定(或有利于生成K2FeO4) Cl2+2OH=Cl+ClO+H2O Fe3+ 不能 排除ClO的干擾，防止干擾后續(xù)實驗 < 4 FeO42-+ 20 H+= 3 O2↑+ 4 Fe3++ 10H2O 79.2%

【解析】

（1）①A為氯氣發(fā)生裝置，由高錳酸鉀和濃鹽酸反應(yīng)制取得到Cl2；

②裝置B為除雜裝置，濃鹽酸會揮發(fā)出HCl氣體，使得產(chǎn)生的Cl2中混有HCl，需要除去HCl，可將混合氣體通過飽和食鹽水達到除雜的目的；

③C為制備K2FeO4裝置，根據(jù)題目信息解答；

④通過堿液吸收尾氣，寫出離子方程式。

（2）①方案I中加入KSCN溶液至過量，溶液呈紅色，說明反應(yīng)產(chǎn)生Fe3＋，但該離子的產(chǎn)生不能判斷一定是K2FeO4將Cl－氧化，注意K2FeO4在堿性溶液中穩(wěn)定，酸性溶液中快速產(chǎn)生O2，自身轉(zhuǎn)化為Fe3＋；

②方案Ⅱ可證明K2FeO4氧化了Cl－，使用KOH溶液溶出K2FeO4晶體，可以使K2FeO4穩(wěn)定析出，并且除去ClO－離子，防止在酸性條件下ClO－和Cl－反應(yīng)產(chǎn)生Cl2干擾實驗；Fe（OH）3在堿性條件下被Cl2氧化為FeO42－，可以說明Cl2的氧化性大于FeO42－，而方案Ⅱ實驗表明，Cl2和FeO42－的氧化性強弱關(guān)系相反，方案Ⅱ是FeO42－在酸性條件下氧化Cl－生成Cl2，注意兩種反應(yīng)體系所處酸堿性介質(zhì)不一樣；

（3）利用質(zhì)量守恒定律和電子守恒來配平反應(yīng)的化學(xué)方程式并進行相關(guān)計算；

（1）①A為氯氣發(fā)生裝置，由高錳酸鉀和濃鹽酸反應(yīng)制取得到Cl2，其中盛放濃鹽酸的儀器名稱為分液漏斗；

②裝置B為除雜裝置，反應(yīng)使用濃鹽酸，濃鹽酸會揮發(fā)產(chǎn)生HCl，使得產(chǎn)生的Cl2中混有HCl，需要除去HCl，可將混合氣體通過飽和食鹽水達到除雜的目的；

③ 根據(jù)題目信息可知，K2FeO4微溶于KOH溶液，在堿性溶液中較穩(wěn)定(或有利于生成K2FeO4 )；

④通過堿吸收尾氣，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：Cl2+2OH=Cl+ClO+H2O。

（2）①方案I中加入KSCN溶液至過量，溶液呈紅色，說明反應(yīng)產(chǎn)生Fe3＋，但該離子的產(chǎn)生不能判斷一定是K2FeO4將Cl－氧化，注意K2FeO4在堿性溶液中穩(wěn)定，酸性溶液中快速產(chǎn)生O2，自身轉(zhuǎn)化為Fe3＋，發(fā)生反應(yīng)為：4FeO42－+20H＋═4Fe3＋+3O2↑+10H2O；

②方案Ⅱ可證明K2FeO4氧化了Cl－，使用KOH溶液溶出K2FeO4晶體，可以使K2FeO4穩(wěn)定析出，同時考慮到K2FeO4表面可能吸附ClO－，ClO－在酸性條件下可與Cl－反應(yīng)生成Cl2，從而干擾實驗，所以用KOH溶液洗滌的目的是：使K2FeO4穩(wěn)定溶出，并把K2FeO4表面吸附的ClO－除盡，防止ClO－與Cl－在酸性條件下反應(yīng)產(chǎn)生Cl2，避免ClO－干擾實驗；Fe（OH）3在堿性條件下被Cl2氧化為FeO42－，可以說明Cl2的氧化性大于FeO42－，而方案Ⅱ實驗表明，Cl2和FeO42－的氧化性強弱關(guān)系相反，方案Ⅱ是FeO42－在酸性條件下氧化Cl－生成Cl2，兩種反應(yīng)體系所處酸堿性介質(zhì)不一樣，所以可以說明溶液酸堿性會影響粒子氧化性的強弱，方案Ⅱ得出氧化性：Cl2<FeO42－。

（3）反應(yīng)中FeO42－→ Fe3+，Fe元素從+6價降到+3價，得3個電子，O元素從-2價升高到0價，失去2個電子，根據(jù)得失電子守恒，FeO42-的計量數(shù)為4，O2的計量數(shù)為3，再根據(jù)原子守恒配平方程式為： 4 FeO42-+ 20 H+= 3 O2↑+ 4 Fe3++ 10H2O ；/span>

4 FeO42-+ 20 H+= 3 O2↑+ 4 Fe3++ 10H2O得：

4K2FeO4～ ～3O2↑

792 96

x 0.672L×1.429g·L－1

792/x=96/0.672L×1.429g·L－1

x≈7.92g．

則樣品中高鐵酸鉀的質(zhì)量分數(shù)為：

7.92g÷10g×100%=79.2%。