Question

2．高鐵酸鉀（K₂FeO₄）是一種新型凈水劑，它具有去除水中有機(jī)物、藻類及重金屬等多種功能．查閱資料可知高鐵酸鉀為暗紫色固體，可溶于水，80℃以下比較穩(wěn)定，在中性或酸性溶液中逐漸分解，在堿性溶液中穩(wěn)定．下面是兩種常見的制取高鐵酸鉀的方法：
方法一：濕法（次氯酸鹽氧化法）
其工藝流程如圖所示：

（1）氧化過程中反應(yīng)的離子方程式為2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．
（2）結(jié)晶過程中加入濃KOH溶液的作用是增大K⁺的濃度，促進(jìn)K₂FeO₄晶體析出．
（3）為了提高生產(chǎn)效益，減少廢液排放，處理濾液2的最好措施是向?yàn)V液2中通入氯氣，制取高濃度的KClO溶液．
（4）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，操作時(shí)：將粗產(chǎn)品用烯KOH溶液溶解，然后加入飽和KOH溶液、冷卻結(jié)晶、過濾，最后用異丙醇洗滌，真空干燥．
方法二：干法（高溫熔融氧化法）
將過氧化鈉和無水硫酸亞鐵在鐵坩堝中用酒精燈加熱制得Na₂FeO₄； 控制溫度在30℃以下，向溶液中加入KOH至飽和，使高鐵酸鉀析出．
（5）寫出高鐵酸鉀析出反應(yīng)的化學(xué)方程式：Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄+2NaOH．
（6）制取高鐵酸鈉的主要反應(yīng)為：2FeSO₄+aNa₂O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Na₂FeO₄+bX+2Na₂SO₄+cO₂↑該反應(yīng)中物質(zhì)X應(yīng)該是Na₂O，a=6．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)中KClO是氧化劑，氧化產(chǎn)物是K₂FeO₄，還原產(chǎn)物是KCl，還原劑是Fe（OH）₃，根據(jù)得失電子守恒、電荷守恒、原子守恒配平書寫；
（2）反應(yīng)液本身顯堿性，可見加入濃KOH溶液的目的不是增強(qiáng)高鐵酸鉀的穩(wěn)定性，而是增大K⁺濃度，促進(jìn)K₂FeO₄晶體析出；
（3）濾液2的溶質(zhì)主要成分是KOH、KClO，循環(huán)利用是提高生產(chǎn)效益、減少廢液排放的首選措施；
（4）因?yàn)镵₂FeO₄在酸性或中性溶液中能分解，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，過濾；
（5）加入KOH溶液后，將Na₂FeO₄轉(zhuǎn)化為溶解度更小的K₂FeO₄；
（6）反應(yīng)中鐵由+2價(jià)升高到+6價(jià)，過氧化鈉中的部分氧由-1價(jià)升高到0價(jià)，根據(jù)氧化還原反應(yīng)中元素化合價(jià)升降規(guī)律，過氧化鈉中的另一部分氧一定會(huì)由-1價(jià)降低到-2價(jià)，反應(yīng)中硫、鐵原子已經(jīng)守恒，故X只能為Na₂O．

解答 解：（1）反應(yīng)中KClO是氧化劑，氧化產(chǎn)物是K₂FeO₄，還原產(chǎn)物是KCl，還原劑是Fe（OH）₃，根據(jù)得失電子守恒可得：2Fe（OH）₃+3ClO^-→2FeO₄^2-+3Cl^-，根據(jù)電荷守恒可得2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-→2FeO₄^2-+3Cl^-，最后根據(jù)原子守恒可得：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，
故答案為：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
（2）反應(yīng)液本身顯堿性，可見加入濃KOH溶液的目的不是增強(qiáng)高鐵酸鉀的穩(wěn)定性，而是增大K⁺濃度，促進(jìn)K₂FeO₄晶體析出，
故答案為：增大K⁺的濃度，促進(jìn)K₂FeO₄晶體析出；
（3）濾液2的溶質(zhì)主要成分是KOH、KClO，向?yàn)V液2中通入氯氣，制取高濃度的KClO溶液，進(jìn)行循環(huán)利用，
故答案為：向?yàn)V液2中通入氯氣，制取高濃度的KClO溶液；
（4）因?yàn)镵₂FeO₄在酸性或中性溶液中能分解，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，過濾，最后用異丙醇洗滌，真空干燥，
故答案為：加入飽和KOH溶液、冷卻結(jié)晶、過濾；
（5）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；
（6）反應(yīng)中鐵由+2價(jià)升高到+6價(jià)，過氧化鈉中的部分氧由-1價(jià)升高到0價(jià)，根據(jù)氧化還原反應(yīng)中元素化合價(jià)升降規(guī)律，過氧化鈉中的另一部分氧一定會(huì)由-1價(jià)降低到-2價(jià)，反應(yīng)中硫、鐵原子已經(jīng)守恒，故X只能為Na₂O，配平后方程式為：2FeSO₄+6Na₂O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Na₂FeO₄+2Na₂O+2Na₂SO₄+O₂↑，故a=6，
故答案為：Na₂O；6．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查化學(xué)工藝流程分析，意在考查考生對(duì)已學(xué)知識(shí)的掌握、理解、遷移、轉(zhuǎn)化、重組和解決實(shí)際問題的能力．