Question

7．高鐵酸鉀（K₂FeO₄）是一種集氧化、吸附、絮凝、助凝、殺菌、除臭為一體的新型高效多功能綠色水處理劑，具有良好的應(yīng)用前景．其生產(chǎn)工藝如圖：

已知：①2KOH+Cl₂=KCl+KClO+H₂O（條件：溫度較低）
②6KOH+3C1₂=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．
（2）寫出工業(yè)上制取Cl₂的化學(xué)方程式2NaCl+2H₂O $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑．
（3）寫出Fe（NO₃）₃在強(qiáng)堿性條件下與KClO反應(yīng)制K₂FeO₄的離子方程式2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5 H₂O．
（4）在“反應(yīng)液I”中加KOH固體的目的是AC（填序號(hào)）．
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(shí)會(huì)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)提供反應(yīng)物
D．使副產(chǎn)物KClO₃化為KClO
（5）每制得59.4gK₂FeO₄，理論上消耗氧化劑的質(zhì)量40.73g．
（6）從環(huán)境保護(hù)的角度看，制備Na₂FeO₄（實(shí)際應(yīng)用中Na₂FeO₄可替代K₂FeO₄使用）較好的方法為電解法，其裝置如圖I所示．


①電解過程中陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O．
②圖I裝置中的電源采用NaBH₄（硼元素的化合價(jià)為+3）和H₂O₂作原料的燃料電池，電源工作原理如圖Ⅱ所示．工作過程中該電源的正極反應(yīng)式為H₂O₂+2e^-=2OH^-．

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；
（2）工業(yè)是利用電解飽和食鹽水制取氯氣；
（3）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，結(jié)合電荷守恒、質(zhì)量守恒書寫；
（4）由工藝流程可知，反應(yīng)液I中有過量的Cl₂反應(yīng)，生成更多的KClO；
（5）根據(jù)2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O計(jì)算；
（6）①Na₂FeO₄能消毒、凈水的原因高價(jià)鐵具有氧化性，能消毒殺菌，生成Fe³⁺形成膠體，具有吸附懸浮物的凈水的作用，電解時(shí)陽(yáng)極Fe失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)方程式為Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O；
②正極H₂O₂發(fā)生還原反應(yīng)，得到電子被還原生成OH^-．

解答 解：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．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，故答案為：溫度較低；
（2）工業(yè)是利用電解飽和食鹽水制取氯氣．反應(yīng)方程式為：2NaCl+2H₂O $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，故答案為：2NaCl+2H₂O $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑；
（3）次氯酸跟有強(qiáng)氧化性，嫩將三價(jià)鐵離子氧化為高鐵酸根，離子方程式：2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5 H₂O，
故答案為：2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5 H₂O；
（4）由工藝流程可知，反應(yīng)液I中有過量的Cl₂反應(yīng)，加KOH固體的目的是與過量的Cl₂繼續(xù)反應(yīng)，生成更多的KClO．
A．與過量的Cl₂繼續(xù)反應(yīng)，生成更多的KClO，故A正確；
B．由信息②可知溫度較高KOH與Cl₂ 反應(yīng)生成的是KClO₃，不利用KClO生成、浪費(fèi)原料，故B錯(cuò)誤；
C．由工藝流程及③可知，利用Fe（NO₃）₃與KClO制備K₂FeO₄，故C正確；
D．由信息可知，該條件下KClO₃ 不能轉(zhuǎn)化為KClO，故D錯(cuò)誤．
故答案為：AC；
（5）n（K₂FeO₄）=$\frac{59.4g}{198g/mol}$=0.3mol，根據(jù)2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O知，氧化劑的物質(zhì)的量=$\frac{0.3mol}{2}$=0.45mol，
則質(zhì)量為0.45mol×90.5g/mol=40.73g，
故答案為：40.73；
（6）①Na₂FeO₄能消毒、凈水的原因高價(jià)鐵具有氧化性，能消毒殺菌，生成Fe³⁺形成膠體，具有吸附懸浮物的凈水的作用，電解時(shí)陽(yáng)極Fe失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)方程式為Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O，故答案為：Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O；
②NaBH₄（B元素的化合價(jià)為+3價(jià)）和H₂O₂作原料的燃料電池，正極上H₂O₂發(fā)生還原反應(yīng)，得到電子生成OH^-，其電極反應(yīng)為：H₂O₂+2e^-=2OH^-，故答案為：H₂O₂+2e^-=2OH^-．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，為高考常見題型，題目多角度考查學(xué)生閱讀題目獲取信息的能力、對(duì)工藝流程的理解與條件的控制、原電池和電解池原理等，側(cè)重考查學(xué)生分析、計(jì)算能力和思維的縝密性難度中等，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，注意基礎(chǔ)知識(shí)的掌握．