Question

20．新型凈水劑高鐵酸鉀K₂FeO₄為暗紫色固體，可溶于水，在中性或酸性溶液中逐漸分解，在堿性溶液中穩(wěn)定．工業(yè)上制備K₂FeO₄的常用方法有兩種．
方法Ⅰ：次氯酸鹽氧化法．工藝流程如圖所示．
（1）完成“氧化”過(guò)程中反應(yīng)的化學(xué)方程式：
FeCl₃+10NaOH+3NaClO→2Na₂FeO₄+9NaCl+5H₂O．其中氧化劑是NaClO（填化學(xué)式）．
（2）“轉(zhuǎn)化”過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄+2NaOH
（3）上述工藝得到的高鐵酸鉀常含有雜 質(zhì)，可用重結(jié)晶法提純，操作是：將粗產(chǎn)品用稀KOH溶液溶解，然后再加入飽和KOH溶液冷卻結(jié)晶，過(guò)濾．
方法Ⅱ：電解法．以鐵為陽(yáng)極電解氫氧化鈉溶液，然后在陽(yáng)極液中加入KOH．
（4）電解時(shí)陽(yáng)極發(fā)生反應(yīng)生成FeO₄^2-，該電極反應(yīng)方程式為Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O
（5）與鋅錳電池類似，K₂FeOn也可以組成堿性電池，K₂FeO₄在電池中作為正極 材料，其電極反應(yīng)式為FeO₄^2-+3eˉ+4H₂O=Fe（OH）₃+5OH^-，該電池反應(yīng)的化學(xué)方程式為3Zn+2FeO₄^2-+8H₂O=3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4OH^-．
（6）針鐵礦（Goethite）是以德國(guó)詩(shī)人歌德（Goethe）名字命名的，組成元素是Fe、O和H，化學(xué)式量為89，化學(xué)式是FeO（OH）．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)中NaClO是氧化劑，還原產(chǎn)物是NaCl，根據(jù)元素守恒，可知反應(yīng)式中需要補(bǔ)充NaCl和H₂O．根據(jù)化合價(jià)升降法配平方程；
（2）由工藝流程可知，“氧化”過(guò)程除雜后的濾液中含有Na₂FeO₄，“轉(zhuǎn)化”過(guò)程的產(chǎn)物為K₂FeO₄，故“轉(zhuǎn)化”過(guò)程是在加入KOH溶液后，將Na₂FeO₄轉(zhuǎn)化為溶解度更小的K₂FeO₄；
（3）由題目信息可知，K₂FeO₄可溶于水，在中性或酸性溶液中能分解，在堿性溶液中穩(wěn)定，在分離提提純的時(shí)候就要在堿性環(huán)境中進(jìn)行，要防止引入新雜質(zhì)，所以需要將K₂FeO₄粗產(chǎn)品在稀KOH溶液中溶解，然后加入飽和KOH溶液，冷卻結(jié)晶；
（4）由題目信息可知，鐵為陽(yáng)極電解氫氧化鈉溶液，生成FeO₄^2-，由元素守恒還生成水；
（5）K₂FeO₄-Zn也可以組成堿性電池，K₂FeO₄在電池中作為正極材料，負(fù)極為鋅失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂；依據(jù)產(chǎn)物和電子守恒寫出正極反應(yīng)：FeO₄^2-+3eˉ+4H₂O→Fe（OH）₃+5OHˉ；有正極反應(yīng)和負(fù)極反應(yīng)合并得到電池反應(yīng)；
（6）根據(jù)化學(xué)式量為89，組成元素是Fe、O、H，其中鐵的相對(duì)原子量為56，扣掉56剩下33，化學(xué)式中只能含有2個(gè)氧原子和1個(gè)氫原子，來(lái)判斷可能的組成．

解答 解：（1）反應(yīng)中FeCl₃→Na₂FeO₄，鐵元素化合價(jià)由+3價(jià)升高為+6價(jià)，化合價(jià)總升高3價(jià)，NaClO→NaCl，氯元素化合價(jià)由+1降低為-1價(jià)，化合價(jià)總共降低2價(jià)，化合價(jià)升降最小公倍數(shù)為6，故FeCl₃系數(shù)為2，NaClO系數(shù)為3，由鐵元素守恒可知 Na₂FeO₄系數(shù)為2，由氯元素守恒可知NaCl系數(shù)為2×3+3=9，根據(jù)鈉元素守恒可知NaOH系數(shù)為9+2×2=13，由氫元素守恒可知H₂O系數(shù)為5，配平方程式為2FeCl₃+10NaOH+3NaClO=2Na₂FeO₄+9NaCl+5H₂O．
反應(yīng)中NaClO→NaCl，氯元素化合價(jià)由+1降低為-1價(jià)，NaClO是氧化劑，還原產(chǎn)物是NaCl，
故答案為：2、10、3、2、9NaCl、5H₂O；NaClO；
（2）“轉(zhuǎn)化”過(guò)程是在加入KOH溶液后，將Na₂FeO₄轉(zhuǎn)化為溶解度更小的K₂FeO₄，反應(yīng)方程式為Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄+2NaOH，
故答案為：Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄+2NaOH；
（3）由題目信息可知，K₂FeO₄可溶于水，在中性或酸性溶液中能分解，在堿性溶液中穩(wěn)定，在分離提提純的時(shí)候就要在堿性環(huán)境中進(jìn)行，要防止引入新雜質(zhì)，所以需要將K₂FeO₄粗產(chǎn)品在稀KOH溶液中溶解，然后加入飽和KOH溶液，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾，
故答案為：稀KOH溶液；再加入飽和KOH溶液冷卻結(jié)晶，過(guò)濾．
（4）由題目信息可知，鐵為陽(yáng)極電解氫氧化鈉溶液，生成FeO₄^2-，陽(yáng)極電極反應(yīng)式為Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O，
故答案為：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O．
（5）原電池的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極電極反應(yīng)式為：①FeO₄^2-+3eˉ+4H₂O=Fe（OH）₃+5OH^-；負(fù)極電極反應(yīng)為：②Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂；依據(jù)電極反應(yīng)的電子守恒，①×2+②×3合并得到電池反應(yīng)為：3Zn+2FeO₄^2-+8H₂O=3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4OH^-，
故答案為：FeO₄^2-+3eˉ+4H₂O=Fe（OH）₃+5OH^-；3Zn+2FeO₄^2-+8H₂O=3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4OH^-；
（6）化學(xué)式量為89，組成元素是Fe、O、H，其中鐵的相對(duì)原子量為56，扣掉56剩下33，化學(xué)式中只能含有2個(gè)氧原子和1個(gè)氫原子，所以可能的組成為FeO（OH），
故答案為：FeO（OH）．

點(diǎn)評(píng) 本題考查方程式的書寫、基本的實(shí)驗(yàn)操作、閱讀題目獲取信息能力等，難度中等，需要學(xué)生具備綜合運(yùn)用知識(shí)及題目信息分析問題、解決問題能力．對(duì)于這類題目，需要搞清楚每一步反應(yīng)物、生成物，清楚工藝流程原理．