Question

7．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(chǎn)工藝如下：

（1）反應(yīng)①應(yīng)在溫度較低的情況下進(jìn)行．因在溫度較高時KOH 與Cl₂ 反應(yīng)生成的是KClO₃．寫出在溫度較高時KOH 與Cl₂反應(yīng)的化學(xué)方程式6KOH+3Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$KClO₃+5KCl+3H₂O，當(dāng)反應(yīng)中轉(zhuǎn)移5mol電子時，消耗的氯氣是67.2mol．
（2）在反應(yīng)液I中加入KOH固體的目的是AC（填編號）．
A．與反應(yīng)液I中過量的Cl₂繼續(xù)反應(yīng)，生成更多的KClO
B．KOH固體溶解時會放出較多的熱量，有利于提高反應(yīng)速率
C．為下一步反應(yīng)提供堿性的環(huán)境     
D．使KClO₃轉(zhuǎn)化為 KClO
（3）從溶液II中分離出K₂FeO₄后，還會有副產(chǎn)品KNO₃、KCl，它們都是重要的化工產(chǎn)品，具體說出其中一種物質(zhì)的用途硝酸鉀作化肥和炸藥．寫出反應(yīng)③中發(fā)生的離子反應(yīng)方程式為2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．
（4）如何判斷K₂FeO₄晶體已經(jīng)洗滌干凈用試管取少量最后一次的洗滌液，加入硝酸銀溶液，無白色沉淀則已被洗凈．K₂FeO₄具有強(qiáng)氧化性的原因高鐵酸鉀中Fe元素處于最高價態(tài)，只能得電子而具有強(qiáng)氧化性．
（5）高鐵酸鉀（K₂FeO₄）作為水處理劑的一個優(yōu)點(diǎn)是能與水反應(yīng)生成膠體吸附雜質(zhì)，其離子反應(yīng)是：4FeO₄²?+10H₂O=4Fe（OH）₃（膠體）+3O₂↑+8OH^-
完成并配平上述反應(yīng)的離子方程式．

Answer 1

分析 足量氯氣通入KOH溶液中低溫反應(yīng)生成KClO、KCl和水，加入固體KOH，KOH能和過量的氯氣反應(yīng)生成KClO且為下一步提供堿性環(huán)境，加入硝酸鐵濃溶液純化得到高鐵酸鉀，然后洗滌干燥得到高鐵酸鉀固體；
（1）溫度較高時，氯氣和KOH反應(yīng)生成KCl、KClO₃和水；該反應(yīng)中Cl元素化合價由0價轉(zhuǎn)化為-1價、+5價，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為5，根據(jù)氯氣和轉(zhuǎn)移電子之間關(guān)系式計算；
（2）根據(jù)生產(chǎn)工藝流程圖，第①步氯氣過量，第③步需要堿性條件，在溫度較高時KOH與Cl₂反應(yīng)生成的是KClO₃，氧化還原反應(yīng)中化合價有升有降；
（3）硝酸鉀能作化肥、炸藥；堿性條件下，次氯酸鉀和硝酸鐵發(fā)生反應(yīng)生成高鐵酸鉀、KCl和水；
（4）檢驗(yàn)最后一次的洗滌中無Cl^-即可；最高價態(tài)的元素具有強(qiáng)氧化性；
（5）該反應(yīng)中Fe元素化合價由+3價變?yōu)?6價，O元素化合價由-2價變?yōu)?價，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒、電荷守恒及原子守恒配平方程式．

解答 解：足量氯氣通入KOH溶液中低溫反應(yīng)生成KClO、KCl和水，加入固體KOH，KOH能和過量的氯氣反應(yīng)生成KClO且為下一步提供堿性環(huán)境，加入硝酸鐵濃溶液純化得到高鐵酸鉀，然后洗滌干燥得到高鐵酸鉀固體；
（1）溫度較高時，氯氣和KOH反應(yīng)生成KCl、KClO₃和水；該反應(yīng)中Cl元素化合價由0價轉(zhuǎn)化為-1價、+5價，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為5，反應(yīng)方程式為6KOH+3Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$KClO₃+5KCl+3H₂O，
該反應(yīng)中如果消耗3mol氯氣，則轉(zhuǎn)移5mol電子，所以當(dāng)轉(zhuǎn)移5mol電子時消耗3mol氯氣，消耗的氯氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積約為=3mol×22.4L/mol=67.2L   
故答案為：6KOH+3Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$KClO₃+5KCl+3H₂O；67.2；
（2）A、根據(jù)生產(chǎn)工藝流程圖，第①步氯氣過量，加入KOH固體后會繼續(xù)反應(yīng)生成KClO，故A正確；
B、因溫度較高時KOH 與Cl₂ 反應(yīng)生成的是KClO₃，而不是KClO，故B錯誤；
C、第③步需要堿性條件，所以堿要過量，故C正確；
D、KClO₃轉(zhuǎn)化為KClO，化合價只降不升，故D錯誤；
故選：AC；
（3）硝酸鉀能作化肥和炸藥；
據(jù)題目信息和氧化還原反應(yīng)中化合價發(fā)生變化確定找出反應(yīng)物：Fe³⁺、ClO^-，生成物：FeO₄^2-、Cl^-，根據(jù)電子得失守恒和質(zhì)量守恒來配平，可得2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，
故答案為：硝酸鉀作化肥和炸藥；2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；  
（4）因只要檢驗(yàn)最后一次的洗滌中無Cl^-，即可證明K₂FeO₄晶體已經(jīng)洗滌干凈；高鐵酸鉀中Fe元素處于最高價態(tài)，能得電子而作強(qiáng)氧化劑，
故答案為：用試管取少量最后一次的洗滌液，加入硝酸銀溶液，無白色沉淀則已被洗凈；高鐵酸鉀中Fe元素處于最高價態(tài)，只能得電子而具有強(qiáng)氧化性；
（5）該反應(yīng)中Fe元素化合價由+3價變?yōu)?6價，O元素化合價由-2價變?yōu)?價，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒、電荷守恒及原子守恒配平方程式，可得4FeO₄^2-+10H₂O═4Fe（OH）₃（膠體）+3O₂↑+8OH^-，故答案為：
4；10；4；3；8OH^-．

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)制備，為高頻考點(diǎn)，還涉及離子檢驗(yàn)、氧化還原反應(yīng)方程式配平等知識點(diǎn)，明確流程圖中每一步可能發(fā)生的反應(yīng)及基本操作方法是解本題關(guān)鍵，會根據(jù)原子守恒、轉(zhuǎn)移電子守恒配平方程式，題目難度不大．