Question

15．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)工藝如圖：

已知：①2KOH+Cl₂═KCl+KClO+H₂O（條件：溫度較低）②6KOH+3Cl₂═5KCl+KClO₃+3H₂O（條件：溫度較高）
回答下列問題：
（1）該生產(chǎn)工藝應(yīng)在溫度較低（填“溫度較高”或“溫度較低”）的情況下進(jìn)行，在溶液I中加入KOH  固體的目的是與溶液Ⅰ中過量的Cl₂繼續(xù)反應(yīng)，生成更多的KClO，為下一步反應(yīng)提供堿性環(huán)境．
（2）從溶液Ⅱ中分離出K₂FeO₄后，還會(huì)有副產(chǎn)品KNO₃、KCl，則反應(yīng)③中發(fā)生的離子反應(yīng)方程式為2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．
（3）洗滌除去K₂FeO₄晶體表面的雜質(zhì)，應(yīng)選擇的最佳試劑為（填代號(hào)）d．
a．水       b．KOH溶液    c．飽和K₂FeO₄溶液    d．異丙醇
（4）目前，人們針對(duì)K₂FeO₄的穩(wěn)定性進(jìn)行了大量的探索，并取得了一定的進(jìn)展．下列物質(zhì)中可能提高化合物K₂FeO₄水溶液穩(wěn)定性的是（填代號(hào)）b．
a．亞硫酸鈉     b．KOH  c．醋酸     d．Fe（NO₃）₂
（5）高鐵酸鉀（K₂FeO₄）作為水處理劑的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能與水反應(yīng)生成膠體吸附雜質(zhì)，寫出該反應(yīng)的離子方程式：4FeO₄^2-+10H₂O═4Fe（OH）₃（膠體）+3O₂↑+8OH^-．
（6）請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，用化學(xué)方法區(qū)分KClO溶液與KClO₃溶液，寫出實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)要步驟，觀察到的現(xiàn)象和結(jié)論取樣，向兩溶液里滴加適量稀硫酸酸化，再滴加品紅溶液，能使品紅褪色的是KClO溶液．

Answer 1

分析 足量Cl₂通入和KOH溶液中，溫度低時(shí)發(fā)生反應(yīng)Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O，向溶液I中加入KOH，使氯氣完全反應(yīng)，且將溶液轉(zhuǎn)化為堿性溶液，只有堿性條件下次氯酸根離子才能和鐵離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成高鐵酸根離子，除去KCl得到堿性的KClO濃溶液，向堿性的KClO濃溶液中加入90%的Fe（NO₃）₃溶液，發(fā)生反應(yīng)2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，得到溶液II，純化得到濕產(chǎn)品，將濕產(chǎn)品洗滌、干燥得到晶體K₂FeO₄．
（1）由工藝流程及③可知，利用Fe（NO₃）₃與KClO制備K₂FeO₄，由信息②可知溫度較高KOH與Cl₂ 反應(yīng)生成的是KClO₃；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，在溶液I中加入KOH 固體，KOH和氯氣反應(yīng)生成KClO，為下一步反應(yīng)提供堿性環(huán)境；
（2）據(jù)題目信息和氧化還原反應(yīng)中化合價(jià)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；
（3）高鐵酸鉀在常溫和干燥的條件下可以穩(wěn)定的存在，但它在水溶液中因水解不穩(wěn)定，據(jù)此選擇洗滌試劑除去K₂FeO₄晶體；
（4）a．亞硫酸鈉具有還原性，會(huì)被高鐵酸鉀氧化；b．根據(jù)高鐵酸鉀在堿性條件下生成分析；c．高鐵酸鉀在水溶液中不穩(wěn)定，與酸反應(yīng)；d．在常溫和干燥的條件下，高鐵酸鉀可以穩(wěn)定的存在，但它在水溶液中不穩(wěn)定；
（5）高鐵酸鉀（K₂FeO₄）還原產(chǎn)物Fe元素為+3價(jià)，在水中形成Fe（OH）₃膠體，該反應(yīng)中Fe元素化合價(jià)由+6價(jià)變?yōu)?3價(jià)、O元素化合價(jià)由-2價(jià)變?yōu)?價(jià)，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等配平方程式；
（6）根據(jù)KClO溶液與KClO₃溶液中不同的離子為陰離子設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，可用次氯酸根離子的漂白性區(qū)分．

解答 解：（1）由工藝流程及③可知，利用Fe（NO₃）₃與KClO制備K₂FeO₄，由信息②可知溫度較高KOH與Cl₂ 反應(yīng)生成的是KClO₃．由信息①可知，在低溫下KOH與Cl₂ 反應(yīng)生成的是KClO．故選擇低溫較低，由工藝流程可知，第①步氯氣過量，第③步需要堿性條件，反應(yīng)液I中有過量的Cl₂反應(yīng)，加KOH固體的目的是與過量的Cl₂繼續(xù)反應(yīng)，生成更多的KClO，為下一步反應(yīng)提供反應(yīng)物，
故答案為：溫度較低；與溶液Ⅰ中過量的Cl₂繼續(xù)反應(yīng)，生成更多的KClO，為下一步反應(yīng)提供堿性環(huán)境；
（2）反應(yīng)③中鐵離子和次氯酸根粒子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成高鐵酸根離子，離子方程式為：2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，
故答案為：2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
（3）a．高鐵酸鉀在水溶液中不穩(wěn)定生成堿，所以不能水洗滌，故a錯(cuò)誤；
b．由于是在強(qiáng)堿性條件下反應(yīng)制得，在KOH溶液中洗滌可以提高其穩(wěn)定性，但能使高鐵酸鉀晶體損失，故b不選；
c．飽和K₂FeO₄溶液，高鐵酸鉀在水溶液中不穩(wěn)定水解，故c不選；
d．異丙醇為有機(jī)溶劑，能洗滌除去K₂FeO₄晶體表面的雜質(zhì)，且K₂FeO₄晶體不反應(yīng)不損失，故d選；
故答案為：d；
（4）a．高鐵酸鉀具有氧化性，亞硫酸鈉具有還原性，會(huì)被高鐵酸鉀氧化，所以不能提高高鐵酸鉀的穩(wěn)定性，故a錯(cuò)誤；
b．高鐵酸鉀在水溶液中不穩(wěn)定，由于是在強(qiáng)堿性條件下反應(yīng)制得，在溶液中加KOH可以提高其穩(wěn)定性，故b正確；
c．高鐵酸鉀在水溶液中不穩(wěn)定生成堿，與酸反應(yīng)，加速其變質(zhì)，故c錯(cuò)誤；
d．加Fe（NO₃）₃不能提高溶液的堿性，所以不能提高高鐵酸鉀的穩(wěn)定性，故d錯(cuò)誤；
故答案為：b；
（5）高鐵酸鉀（K₂FeO₄）在水中形成Fe（OH）₃膠體，該反應(yīng)中Fe元素化合價(jià)由+6價(jià)變?yōu)?3價(jià)、O元素化合價(jià)由-2價(jià)變?yōu)?價(jià)，其轉(zhuǎn)移電子數(shù)為6，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等、電荷守恒配平方程式為4FeO₄^2-+10H₂O=2Fe（OH）₃（膠體）+3O₂↑+8OH^-，
故答案為：4FeO₄^2-+10H₂O═4Fe（OH）₃（膠體）+3O₂↑+8OH^-；
（6）KClO溶液在溶液中電離出鉀離子和次氯酸根離子，KClO₃在溶液中電離出氯酸根離子和鉀離子，用化學(xué)方法區(qū)分KClO溶液與KClO₃溶液，可用次氯酸根離子的漂白性區(qū)分，取樣，向兩溶液里滴加適量稀硫酸酸化，再滴加品紅溶液，能使品紅褪色的是KClO溶液，
故答案為：取樣，向兩溶液里滴加適量稀硫酸酸化，再滴加品紅溶液，能使品紅褪色的是KClO溶液．

點(diǎn)評(píng) 本題結(jié)合高鐵酸鉀（K₂FeO₄）的制備主要考查了閱讀題目獲取信息的能力、氧化還原反應(yīng)的知識(shí)、離子的檢驗(yàn)等，需要學(xué)生具有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)與靈活運(yùn)用知識(shí)解決問題的能力，題目難度中等．