Question

（16分）高鐵酸鈉（Na₂FeO₄）具有很強(qiáng)的氧化性，廣泛應(yīng)用于凈水、電池工業(yè)等領(lǐng)域。以粗FeO(含有CuO、Al₂O₃和SiO₂等雜質(zhì))制備高鐵酸鈉的生產(chǎn)流程如下，回答下列問題：

已知：NaClO不穩(wěn)定，受熱易分解。
（1）粗FeO酸溶過程中通入水蒸氣（高溫），其目的是__________________________。
（2）操作I目的是得到高純度FeSO₄溶液，則氧化I中反應(yīng)的離子方程式為_________。
（3）本工藝中需要高濃度NaClO溶液，可用Cl₂與NaOH溶液反應(yīng)制備
①Cl₂與NaOH溶液反應(yīng)的離子方程式為_________________。
②在不同溫度下進(jìn)行該反應(yīng)，反應(yīng)相同一段時(shí)間后，測得生成NaClO濃度如下：

溫度/℃	15	20	25	30	35	40	45
NaClO濃度/mol·L-1	4.6	5.2	5.4	5.5	4.5	3.5	2

請描述隨溫度變化規(guī)律________________________________________________________。
其原因?yàn)開___________________________________________________________________。
（4）工業(yè)也常用電解法制備Na₂FeO₄，其原理為Fe+2OH^-+2H₂O電解FeO₄^2-+3H₂↑。請用下列材料設(shè)計(jì)電解池并在答題卡的方框內(nèi)畫出該裝置。

可選材料：鐵片、銅片、碳棒、濃NaOH溶液、濃HCl等
其陽極反應(yīng)式為：________________________________。

Answer 1

（1）升高溫度加快反應(yīng)速率 或 增大接觸面積加快反應(yīng)速率 或 提高酸溶效率（2分）
（2）2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺＝2Fe³⁺+2H₂O（3分）  （3）①Cl₂+2OH^－＝Cl^－+ClO^－+H₂O（2分）
②溫度小于30℃時(shí)，NaClO濃度隨溫度升高而增大；溫度高于30℃時(shí)，NaClO濃度隨溫度升高而降低。（2分）溫度小于30℃時(shí)，升高溫度，反應(yīng)速率增大；溫度高于30℃時(shí)，NaClO不穩(wěn)定而分解。（2分）
（4）如右圖：（陰極材料可為Cu或Fe）（3分）
Fe - 6e^－+ 8OH^－ ＝FeO₄^2－+ 4H₂O（2分）

試題分析：（1）高溫水蒸氣可以作答固體與酸反應(yīng)的接觸面積，同時(shí)升高溫度反應(yīng)速率也加快，因此粗FeO酸溶過程中通入水蒸氣（高溫），其目的是升高溫度加快反應(yīng)速率或增大接觸面積加快反應(yīng)速率或提高酸溶效率。
（2）操作I目的是得到高純度FeSO₄溶液，由于雙氧水具有氧化性，能把亞鐵離子氧化生成鐵離子，則氧化I中反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺＝2Fe³⁺+2H₂O。
（3）①Cl₂與NaOH溶液反應(yīng)制備次氯酸鈉的離子方程式為Cl₂+2OH^－＝Cl^－+ClO^－+H₂O。
②根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知溫度小于30℃時(shí)，NaClO濃度隨溫度升高而增大；溫度高于30℃時(shí)，NaClO濃度隨溫度升高而降低。這是由于溫度小于30℃時(shí)，升高溫度，反應(yīng)速率增大；而溫度高于30℃時(shí)，NaClO不穩(wěn)定而分解導(dǎo)致濃度降低。
（4）根據(jù)Fe+2OH^-+2H₂O電解FeO₄^2-+3H₂↑可知，鐵失去電子被氧化，因此鐵是陽極與電源的正極相連，而電解質(zhì)溶液是堿性溶液，所以裝置圖可以是，其中陽極反應(yīng)式為Fe - 6e^－+ 8OH^－ ＝FeO₄^2－+ 4H₂O。