Question

【題目】研究證明，高鐵酸鉀不僅能在飲用水源和廢水處理過程中去除污染物，而且不產(chǎn)生任何誘變致癌的產(chǎn)物，具有高度的安全性。濕法制備高鐵酸鉀是目前最成熟的方法，實驗步驟如下：

A．直接用天平稱取60.5gFe(NO3)3·9H2O、30.0gNaOH、17.1gKOH。

B．在冰冷卻的環(huán)境中向NaClO溶液中加入固體NaOH并攪拌，又想其中緩慢少量分批加入Fe(NO3)3·9H2O，并不斷攪拌。

C．水浴溫度控制在20℃，用電磁加熱攪拌器攪拌1.5h左右，溶液成紫紅色時，即表明有Na2FeO4生成。

D．在繼續(xù)充分?jǐn)嚢璧那闆r下，向上述的反應(yīng)液中加入固體NaOH至飽和。

E.將固體KOH加入到上述溶液中至飽和。保持溫度在20℃，并不停的攪拌15min，可見到燒杯壁有黑色沉淀物生成，即K2FeO4.

（1）①步驟B中不斷攪拌的目的是_______。

②步驟C中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為______。

③由以上信息可知：高鐵酸鉀的溶解度比高鐵酸鈉_______(填“大”或“小”)。

（2）高鐵酸鉀是一種理想的水處理劑，與水反應(yīng)生成O2、Fe(OH)3(膠體)和KOH。① 該反應(yīng)的離子方程式為______。②高鐵酸鉀作為水處理劑發(fā)揮的作用是_______。③ 在提純K2FeO4時采用重結(jié)晶、洗滌、低溫烘干的方法，則洗滌劑最好選用_______。

A．H2O B．稀KOH溶液、異丙醇 C．NH4Cl溶液、異丙醇 D．Fe(NO3)3溶液、異丙醇

（3）高鐵酸鈉還可以用電解法制得，其原理可表示為Fe+2NaOH+2H2O3H2↑+Na2FeO4，則陽極材料是____，電解液為______。

（4）25℃時，Ksp(CaFeO4)=4.536×10-9，若要使100mL1.0×10-3mol/L的K2FeO4溶液中的c(FeO42-)完全沉淀，理論上要加入Ca(OH)2的物質(zhì)的量為_____mol。

（5）干法制備高鐵酸鉀的方法是Fe2O3、KNO3、KOH混合加熱共熔生成黑色高鐵酸鉀和KNO2等產(chǎn)物。則該方法中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為______。

Answer 1

【答案】使固體充分溶解(或其他合理說法) 2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+5H2O+3Cl- 小 4FeO42-+10H2O=4Fe(OH)3(膠體)+8OH-+3O2↑ 消毒、凈水 B 鐵 NaOH溶液 4.536×10-5 3:1

【解析】

(1)①攪拌操作可增加固體與液體的接觸面積；

②步驟C中發(fā)生反應(yīng)是NaClO溶液中加入固體NaOH和Fe(NO3)3·9H2O，在20℃左右，生成Na2FeO4；

③在Na2FeO4的濃溶液中加入KOH固體，有高鐵酸鉀析出，根據(jù)溶解度大的制備溶解度小的可得；

(2)①該反應(yīng)中Fe元素化合價由+6價變?yōu)?/span>+3價、O元素化合價由-2價變?yōu)?/span>0價，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等配平方程式；②高鐵酸鉀在鐵元素為+6價，有強氧化性，還原產(chǎn)物Fe3+，在水溶液中易水解生成氫氧化鐵膠體；③洗滌劑的選擇要求：要對K2FeO4水解能起到抑制作用的試劑；

(3)電解總反應(yīng)在堿性條件下進(jìn)行，電解時陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，鐵失電子生成高鐵酸根離子；

(4)根據(jù)溶度積常數(shù)計算；

(5)根據(jù)含元素化合價升高的物質(zhì)為還原劑，含元素化合價降低的物質(zhì)為氧化劑，并根據(jù)得失電子守恒氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比。

(1)①攪拌操作可增加固體與液體的接觸面積，則步驟B中不斷攪拌的目的是使固體充分溶解；

②步驟C中中發(fā)生反應(yīng)是NaClO溶液中加入固體NaOH和Fe(NO3)3·9H2O，在20℃左右，生成Na2FeO4，此時發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+5H2O+3Cl-；

③根據(jù)題，將KOH加入Na2FeO4得到K2FeO4，說明高鐵酸鉀的溶解度比高鐵酸鈉小；

(2)①該反應(yīng)中Fe元素化合價由+6價變?yōu)?/span>+3價、O元素化合價由-2價變?yōu)?/span>0價，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4FeO42-+10H2O=4Fe(OH)3(膠體)+3O2↑+8OH-；②高鐵酸鉀(K2FeO4)具有極強的氧化性，是一種優(yōu)良的水處理劑，起到殺菌消毒作用，形成膠體具有吸附懸浮雜質(zhì)的作用；③洗滌劑的選擇要求：要對K2FeO4水解能起到抑制作用的試劑，在選項中，A能讓K2FeO4水解，B中醋酸鈉水解顯堿性，對K2FeO4水解能起到抑制作用，C和D中的銨根和三價鐵離子易水解，且水解后顯酸性，對K2FeO4水解能起到促進(jìn)作用，故選B，故答案為：B；

(3)電解總反應(yīng)在堿性條件下進(jìn)行，電解時陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，鐵失電子生成高鐵酸根離子，則陽極材料是Fe，電解液為NaOH溶液；

(4)25℃時，CaFeO4的Ksp=4.536×10-9，若要使100mL1.0×10-3molL-1的K2FeO4溶液中的c(FeO42-)完全沉淀，理論上至少要加入的Ca(OH)2的物質(zhì)的量=×0.1L=mol/L×0.1L=4.536×10-5mol；

(5)干法制備高鐵酸鉀的方法是將Fe2O3、KNO3、KOH混合加熱共熔生成紫紅色高鐵酸鉀和KNO2等產(chǎn)物，其中氮元素化合價從+5價降到+3價，得2e-，KNO3為氧化劑，Fe2O3中鐵元素化合價從+3價升到+6價，共失去電子6e-，為還原劑，得失電子相等，則氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為3：1。