Question

11．K₂FeO₄是一種新型水處理劑，工業(yè)上可用FeSO₄制備K₂FeO₄，其工藝流程如下：

請回答下列問題：
（1）實(shí)驗(yàn)室保存硫酸亞鐵溶液時，加入少量稀硫酸，其目的是抑制亞鐵離子的水解．
（2）寫出上述流程中制備高鐵酸鈉的化學(xué)方程式：2Fe（OH）₃+3NaClO+4NaOH=2Na₂FeO₄+3NaCl+5H₂O．
（3）高鐵酸鈉轉(zhuǎn)化成高鐵酸鉀的原理是高鐵酸鈉在溶液中溶解大于高鐵酸鉀．
（4）已知常溫下，K甲[Fe（OH）₃]=1.0×10^-34．離子濃度≤1×10^-5mol．L^-1時，可認(rèn)為已完全沉淀．則上述操作中，調(diào)節(jié)pH的范圍應(yīng)為大于4.3．
（5）高鐵酸鉀凈水原理如下：首先，具有強(qiáng)氧化性的高鐵酸鉀氧化細(xì)菌，高鐵酸鉀被還原成Fe³⁺，然后，鐵離子水解生成氫氧化鐵膠體粒子，膠粒聚沉水中雜質(zhì)．Fe³⁺水解包括以下幾步反應(yīng)：
①Fe³⁺（aq）+H₂O（l）?Fe（OH）²⁺（aq）+H⁺（aq）K₁
②Fe（OH）²⁺（aq）+H₂O（l）?Fe（OH）₂⁺（aq）+H⁺（aq）K₂
③Fe（OH）₂⁺+H₂O（l）?Fe（OH）₃（膠體）+H⁺（aq）K₃
K₁、K₂、K₃的大小排序?yàn)镵₁＞K₂＞K₃．
如果廢水中酸性過強(qiáng)，不利于凈水，其原因是溶液酸性過強(qiáng)會抑制鐵離子的水解，不能產(chǎn)生氫氧化鐵膠體．

Answer 1

分析 根據(jù)反應(yīng)的流程可知，硫酸亞鐵被雙氧水氧化，再調(diào)節(jié)pH值可得氫氧化鐵固體，氫氧化鐵固體在堿性條件下被次氯酸鈉氧化得Na₂FeO₄溶液，在溶液中加入氯化鉀結(jié)晶可得K₂FeO₄，
（1）在保存硫酸亞鐵溶液時要防止亞鐵離子水解；
（2）氫氧化鐵與次氯酸鈉反應(yīng)生成高鐵酸鈉和氯化鈉，利用元素守恒和電子得失守恒書寫化學(xué)方程式；
（3）根據(jù)在溶液中溶解大的物質(zhì)可以生成溶解度小的物質(zhì)的原理分析；
（4）調(diào)節(jié)pH使鐵離子沉淀完全，即c（Fe³⁺）≤1×10^-5mol．L^-1，根據(jù)Ksp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）•c³（OH^-）可計算出溶液中氫氧根離子的濃度，進(jìn)而確定pH值；
（5）多元弱酸弱堿是分步電離的，所以弱堿陽離子也是分步水解的，其中一級水解程度大于二級水解，二級水解程度大于三級水解，據(jù)此判斷水解平衡常數(shù)的大小，溶液酸性過強(qiáng)會抑制鐵離子的水解．

解答 解：根據(jù)反應(yīng)的流程可知，硫酸亞鐵被雙氧水氧化，再調(diào)節(jié)pH值可得氫氧化鐵固體，氫氧化鐵固體在堿性條件下被次氯酸鈉氧化得Na₂FeO₄溶液，在溶液中加入氯化鉀結(jié)晶可得K₂FeO₄，
（1）在保存硫酸亞鐵溶液時要防止亞鐵離子水解，所以加入少量的硫酸目的是抑制亞鐵離子的水解，
故答案為：抑制亞鐵離子的水解；
（2）氫氧化鐵與次氯酸鈉反應(yīng)生成高鐵酸鈉和氯化鈉，反應(yīng)方程式為2Fe（OH）₃+3NaClO+4NaOH=2Na₂FeO₄+3NaCl+5H₂O，
故答案為：2Fe（OH）₃+3NaClO+4NaOH=2Na₂FeO₄+3NaCl+5H₂O；
（3）高鐵酸鈉在溶液中溶解大于高鐵酸鉀，所以鐵酸鈉在溶液中可以轉(zhuǎn)化成高鐵酸鉀，
故答案為：高鐵酸鈉在溶液中溶解大于高鐵酸鉀；
（4）調(diào)節(jié)pH使鐵離子沉淀完全，即c（Fe³⁺）≤1×10^-5mol．L^-1，根據(jù)Ksp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）•c³（OH^-）可知溶液中c（OH^-）=$\root{3}{\frac{1.0×10{\;}^{-34}}{1×1{0}^{-5}}}$=1×$1{0}^{-\frac{29}{3}}$，c（H⁺）=1×$1{0}^{-\frac{13}{3}}$，所以pH≈4.3，所以要使鐵離子完全沉淀，溶液的pH值大于4.3，
故答案為：大于4.3；
（5）多元弱酸弱堿是分步電離的，所以弱堿陽離子也是分步水解的，其中一級水解程度大于二級水解，二級水解程度大于三級水解，所以K₁＞K₂＞K₃，溶液酸性過強(qiáng)會抑制鐵離子的水解，不能產(chǎn)生氫氧化鐵膠體，所以不利于凈水，
故答案為：K₁＞K₂＞K₃；溶液酸性過強(qiáng)會抑制鐵離子的水解，不能產(chǎn)生氫氧化鐵膠體．

點(diǎn)評 本題主要考查化學(xué)工藝流程分析，意在考查考生對已學(xué)知識的掌握、理解、遷移、轉(zhuǎn)化、重組和解決實(shí)際問題的能力．