Question

10．高錳酸鉀是一種高效多功能水處理劑．工業(yè)上常采用NaClO氧化法生產(chǎn)，反應(yīng)原理為：
①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(yīng)生成K₂FeO₄：Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄+2NaOH
主要的生產(chǎn)流程如下：

（1）寫出反應(yīng)①的離子方程式Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O
（2）流程圖中“轉(zhuǎn)化”（反應(yīng)③）是在某低溫下進(jìn)行的，說明此溫度下K_sp（K₂FeO₄）＜K_sp（Na₂FeO₄）（填“＞”或“＜”或“=”）．
（3）反應(yīng)的溫度、原料的濃度和配比對(duì)高鐵酸鉀的產(chǎn)率都有影響．

圖1為不同的溫度下，F(xiàn)e（NO₃）₃不同質(zhì)量濃度對(duì)K₂FeO₄生成率的影響；
圖2為一定溫度下，F(xiàn)e（NO₃）₃質(zhì)量濃度最佳時(shí)，NaClO濃度對(duì)K₂FeO₄生成率的影響．
①工業(yè)生產(chǎn)中最佳溫度為26℃，此時(shí)Fe（NO₃）₃與NaClO兩種溶液最佳質(zhì)量濃度之比為6：5．
②若Fe（NO₃）₃加入過量，在堿性介質(zhì)中K₂FeO₄與Fe³⁺發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成K₃FeO₄，此反應(yīng)的離子方程式：2FeO₄^2-+Fe³⁺+8OH^-=3FeO₄^3-+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）由工藝流程可知，反應(yīng)①為氯氣與氫氧化鈉反應(yīng)生成氯化鈉、次氯酸鈉與水；
（2）由流程圖可知，“轉(zhuǎn)化”（反應(yīng)③）是Na₂FeO₄→K₂FeO₄，該轉(zhuǎn)化是在某低溫下進(jìn)行的，說明此溫度下K₂FeO₄的溶解度小于Na₂FeO₄；
（3）①由圖1可知，F(xiàn)e（NO₃）₃濃度一定，溫度在26℃時(shí)，K₂FeO₄的生成率最高．Fe（NO₃）₃濃度在375g/L時(shí)，K₂FeO₄的生成率最高，由圖2可知，NaClO在255g/L時(shí)，K₂FeO₄的生成率最高，據(jù)此計(jì)算Fe（NO₃）₃與NaClO兩種溶液最佳質(zhì)量濃度之比；
②由信息可知，堿性介質(zhì)中K₂FeO₄與Fe³⁺發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成K₃FeO₄，根據(jù)元素守恒還應(yīng)生成H₂O，反應(yīng)中FeO₄^2-→FeO₄^3-，鐵元素化合價(jià)由+6價(jià)降低為+5價(jià)，總共降低1價(jià)，F(xiàn)e³⁺→FeO₄^3-，鐵元素化合價(jià)由+3價(jià)升高為+5價(jià)，總共升高2價(jià)，化合價(jià)升降最小公倍數(shù)為2，所以FeO₄^2-系數(shù)為2，F(xiàn)e³⁺系數(shù)為1，根據(jù)鐵元素守恒確定FeO₄^3-系數(shù)，根據(jù)電荷守恒確定OH^-系數(shù)，根據(jù)氫元素守恒確定H₂O系數(shù)，檢查氧元素守恒．

解答 解：（1）反應(yīng)①為氯氣與氫氧化鈉反應(yīng)生成氯化鈉、次氯酸鈉與水，反應(yīng)離子方程式為Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O．
故答案為：Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O；
（2）由流程圖可知，“轉(zhuǎn)化”（反應(yīng)③）是Na₂FeO₄→K₂FeO₄，該轉(zhuǎn)化是在某低溫下進(jìn)行的，說明此溫度下K₂FeO₄的溶解度小于Na₂FeO₄，所以K_sp（K₂FeO₄）＜K_sp（Na₂FeO₄），故答案為：＜；
（3）①由圖1可知，F(xiàn)e（NO₃）₃濃度一定，溫度在26℃時(shí)，K₂FeO₄的生成率最高，故工業(yè)生產(chǎn)中最佳溫度為26℃．
由圖1可知，F(xiàn)e（NO₃）₃濃度在330g/L時(shí)，K₂FeO₄的生成率最高，由圖2可知，NaClO在2575g/L時(shí)，K₂FeO₄的生成率最高，所以Fe（NO₃）₃與NaClO兩種溶液最佳質(zhì)量濃度之比為330g/L：275g/L=6：5．故答案為：26；6：5；
②由信息可知，堿性介質(zhì)中K₂FeO₄與Fe³⁺發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成K₃FeO₄，根據(jù)元素守恒還應(yīng)生成H₂O，反應(yīng)中FeO₄^2-→FeO₄^3-，鐵元素化合價(jià)由+6價(jià)降低為+5價(jià)，總共降低1價(jià)，F(xiàn)e³⁺→FeO₄^3-，鐵元素化合價(jià)由+3價(jià)升高為+5價(jià)，總共升高2價(jià)，化合價(jià)升降最小公倍數(shù)為2，所以FeO₄^2-系數(shù)為2，F(xiàn)e³⁺系數(shù)為1，根據(jù)鐵元素守恒確定FeO₄^3-系數(shù)為3，根據(jù)電荷守恒確定OH^-系數(shù)8，根據(jù)氫元素守恒確定H₂O系數(shù)為4，反應(yīng)離子方程式為2FeO₄^2-+Fe³⁺+8OH^-=3FeO₄^3-+4H₂O．
故答案為：2FeO₄^2-+Fe³⁺+8OH^-=3FeO₄^3-+4H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查學(xué)生對(duì)工藝流程的理解、閱讀題目獲取信息能力、物質(zhì)的分離提純等基本操作、氧化還原反應(yīng)、溶度積等，難度中等，需要學(xué)生具有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)及靈活運(yùn)用知識(shí)、題目信息解決問題的能力．