Question

2．實驗室用如圖所示裝置制備KClO溶液，再與KOH、Fe（NO₃）₃溶液反應(yīng)制備高效凈水劑K₂FeO₄．

已知：K₂FeO₄易溶于水、微溶于濃KOH溶液，在0℃～5℃的強(qiáng)堿性溶液中較穩(wěn)定．
【制備KClO及K₂FeO₄】
（1）裝置C中三頸瓶置于冰水浴中的目的是防止Cl₂與KOH反應(yīng)生成KClO₃．
（2）C中得到足量KClO后，將三頸瓶上的導(dǎo)管取下，依次加入KOH溶液、Fe（NO₃）₃溶液，水浴控制反應(yīng)溫度為25℃，攪拌1.5 h，溶液變?yōu)樽霞t色（含K₂FeO₄），該反應(yīng)的離子方程式為3ClO^-+2Fe³⁺+10OH^-═2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．再加入飽和KOH溶液，析出紫黑色晶體，過濾，得到K₂FeO₄粗產(chǎn)品．
（3）K₂FeO₄粗產(chǎn)品含有Fe（OH）₃、KCl等雜質(zhì)，其提純步驟為：
①將一定量的K₂FeO₄粗產(chǎn)品溶于冷的3 mol/L KOH溶液中，
②過濾，
③將濾液置于冰水浴中，向濾液中加入飽和KOH溶液，
④攪拌、靜置、過濾，用乙醇洗滌2～3次，用乙醇洗滌的理由K₂FeO₄易溶于水，防止用水洗滌時晶體損失；
⑤在真空干燥箱中干燥．
【測定產(chǎn)品純度】
（4）稱取提純后的K₂FeO₄樣品0.2100 g于燒杯中，加入強(qiáng)堿性亞鉻酸鹽溶液，發(fā)生的反應(yīng)為：Cr（OH）₄^-+FeO₄^2-═Fe（OH）₃↓+CrO₄^2-+OH^-；過濾后再加稀硫酸調(diào)節(jié)溶液呈強(qiáng)酸性，此時反應(yīng)的離子方程式為：CrO₄^2-+2H⁺?H₂O+Cr₂O₇^2-．
（5）將（4）反應(yīng)后的溶液配成250 mL溶液，取出25.00 mL放入錐形瓶，用0.01000 mol/L的（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液滴定至終點，重復(fù)操作2次，平均消耗（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液30.00 mL．滴定時發(fā)生的離子反應(yīng)為：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O．
計算該K₂FeO₄樣品的純度為94.3%．

Answer 1

分析 根據(jù)實驗裝置圖可知，A裝置中用二氧化錳與濃鹽酸加熱制得氯氣，氯氣中有揮發(fā)出的來的氯化氫，所以B裝置中飽和食鹽水是除去氯氣中的氯化氫，裝置C中用氯氣與氫氧化鉀溶液應(yīng)制得次氯酸鉀，為防止在較高溫度下生成KClO₃，C裝置中用冰水浴，反應(yīng)的尾氣氯氣用D裝置中氫氧化鈉吸收，
（1）Cl₂與KOH溶液在20℃以下反應(yīng)生成KClO，在較高溫度下則生成KClO₃，據(jù)此判斷冰水浴的原因；
（2）足量KClO中依次加入KOH溶液、Fe（NO₃）₃溶液，發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成K₂FeO₄、KCl和水等，據(jù)此書寫該反應(yīng)的離子方程式；
（3）K₂FeO₄易溶于水、微溶于濃KOH溶液，所以提純K₂FeO₄粗產(chǎn)品時可以①將一定量的K₂FeO₄粗產(chǎn)品溶于冷的3 mol/L KOH溶液中，②過濾，③將濾液置于冰水浴中，向濾液中加入飽和KOH溶液，④攪拌、靜置、過濾，考慮到K₂FeO₄易溶于水，改用乙醇洗滌2～3次，減小晶體的溶解；⑤在真空干燥箱中干燥，據(jù)此答題；
（4）因濾液中存在CrO₄^2-和Cr₂O₇^2-之間的轉(zhuǎn)化，添加強(qiáng)酸促進(jìn)平衡的移動．
（5）滴定原理是利用Cr₂O₇^2-在酸性條件下氧化溶液里的Fe²⁺，反應(yīng)中Cr₂O₇^2-被還原為Cr³⁺，F(xiàn)e²⁺被氧化為Fe³⁺，據(jù)此并結(jié)合電子守恒和電荷守恒可寫出此反應(yīng)的離子方程式；根據(jù)反應(yīng)Cr（OH）₄^-+FeO₄^2-═Fe（OH）₃↓+CrO₄^2-+OH^-和Cr₂O₇^2-與Fe²⁺之間的反應(yīng)，可得關(guān)系式，再利用（NH₄）₂Fe（SO₄）₂的物質(zhì)的量可計算得高鐵酸鉀的質(zhì)量，進(jìn)而確定K₂FeO₄樣品的純度．

解答 解：根據(jù)實驗裝置圖可知，A裝置中用二氧化錳與濃鹽酸加熱制得氯氣，氯氣中有揮發(fā)出的來的氯化氫，所以B裝置中飽和食鹽水是除去氯氣中的氯化氫，裝置C中用氯氣與氫氧化鉀溶液應(yīng)制得次氯酸鉀，為防止在較高溫度下生成KClO₃，C裝置中用冰水浴，反應(yīng)的尾氣氯氣用D裝置中氫氧化鈉吸收，
（1）Cl₂與KOH溶液在20℃以下反應(yīng)生成KClO，在較高溫度下則生成KClO₃，所以冰水浴的目的是防止Cl₂與KOH反應(yīng)生成KClO₃，
故答案為：防止Cl₂與KOH反應(yīng)生成KClO₃；
（2）足量KClO中依次加入KOH溶液、Fe（NO₃）₃溶液，發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成K₂FeO₄、KCl和水等，反應(yīng)的離子方程式為3ClO^-+2Fe³⁺+10OH^-═2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，
故答案為：3ClO^-+2Fe³⁺+10OH^-═2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
（3）K₂FeO₄易溶于水、微溶于濃KOH溶液，所以提純K₂FeO₄粗產(chǎn)品時可以①將一定量的K₂FeO₄粗產(chǎn)品溶于冷的3 mol/L KOH溶液中，②過濾，③將濾液置于冰水浴中，向濾液中加入飽和KOH溶液，④攪拌、靜置、過濾，因K₂FeO₄易溶于水，防止用水洗滌時晶體溶解會損失，改用乙醇洗滌2～3次，⑤在真空干燥箱中干燥，
故答案為：過濾；將濾液置于冰水浴中，向濾液中加入飽和KOH溶液；K₂FeO₄易溶于水，防止用水洗滌時晶體損失；
（4）因濾液中存在CrO₄^2-+2H⁺?H₂O+Cr₂O₇^2-之間的轉(zhuǎn)化，添加強(qiáng)酸促進(jìn)平衡向正方向移動，提高溶液里Cr₂O₇^2-的濃度，故答案為：CrO₄^2-+2H⁺?H₂O+Cr₂O₇^2-；
（5）滴定時Cr₂O₇^2-在酸性條件下氧化溶液里的Fe²⁺時發(fā)生反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式為：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O；根據(jù)反應(yīng)Cr（OH）₄^-+FeO₄^2-═Fe（OH）₃↓+CrO₄^2-+OH^-和Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，可得關(guān)系式2FeO₄^2-～Cr₂O₇^2-～6Fe²⁺，根據(jù)題意可知，（NH₄）₂Fe（SO₄）₂的物質(zhì)的量為0.03L×0.01000 mol/L=0.0003mol，所以高鐵酸鉀的質(zhì)量為0.0003mol×$\frac{1}{3}$×198g/mol×$\frac{250mL}{25mL}$=0.198g，所以K₂FeO₄樣品的純度$\frac{0.198g}{0.2100g}$×100%=94.3%，
故答案為：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O；94.3%．

點評 本題考查實驗制備方案、氧化還原反應(yīng)的離子方程式的書寫、物質(zhì)的分離提純、對條件與操作的分析評價、純度的計算等，是對學(xué)生綜合能力的考查，注意題目信息的遷移運用，難度中等．