Question

11．工業(yè)上制備K₂FeO₄的流程如下：

（1）實(shí)驗(yàn)室配制FeSO₄溶液時(shí)，需加入鐵粉和稀硫酸，試說(shuō)明加稀硫酸原因抑制FeSO₄的水解．
（2）第一次氧化時(shí)，需要控制溫度不超過(guò)35℃，原因是溫度過(guò)高H₂O₂會(huì)分解．
（3）用飽和KOH溶液結(jié)晶的原因是提供K⁺
（4）洗滌時(shí)用乙醚作洗滌劑的原因是減少K₂FeO₄的損失．
（5）控制NaOH的量一定，改變FeSO₄•7H₂O的投入量時(shí)，可以控制產(chǎn)率，假設(shè)所有反應(yīng)均完全時(shí)產(chǎn)率最高則n（FeSO₄•7H₂O）：n（NaOH）理論值應(yīng)為1：5．
（6）經(jīng)測(cè)定第一、二次氧化時(shí)的轉(zhuǎn)化率分別為a和b，結(jié)晶時(shí)的轉(zhuǎn)化率為c，若要制備d Kg的K₂FeO₄，則需要FeSO₄•7H₂O$\frac{139d}{99abc}$或$\frac{278d}{198abc}$Kg．（K₂FeO₄的相對(duì)分子質(zhì)量是198；FeSO₄•7H₂O的相對(duì)分子質(zhì)量是278；答案用分?jǐn)?shù)表示）
（7）電解法也能制備K₂FeO₄．用KOH溶液作電解液，在以鐵作陽(yáng)極可以將鐵氧化成FeO₄^2-，試寫(xiě)出此時(shí)陽(yáng)極的電極反應(yīng)式Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O．

Answer 1

分析 綠礬加入水溶解，加入硫酸和過(guò)氧化氫氧化亞鐵離子，再加入氫氧化鈉和次氯酸鈉氧化鐵離子生成高鐵酸鈉溶液，過(guò)濾后得到濾液通過(guò)蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶過(guò)濾得到晶體加入飽和KOH溶液提供鉀離子得到高鐵酸鉀晶體，過(guò)濾洗滌干燥得到產(chǎn)品高鐵酸鉀，
（1）FeSO₄溶液中亞鐵離子易被氧化生成鐵離子，亞鐵離子水解生成氫氧化亞鐵，加入鐵粉防止氧化，加入硫酸防止水解；
（2）過(guò)氧化氫受熱易發(fā)生分解失去氧化作用；
（3）上述分析可知用飽和KOH溶液提供鉀離子結(jié)晶高鐵酸鉀晶體；
（4）高鐵酸鉀不溶于乙醚，用乙醚作洗滌劑減少產(chǎn)品損失；
（5）假設(shè)所有反應(yīng)均完全時(shí)產(chǎn)率最高，依據(jù)元素守恒分析計(jì)算；
（6）結(jié)合鐵元素守恒分析計(jì)算；
（7）電解時(shí)陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，F(xiàn)e在堿性條件下被氧化為FeO₄^2-．

解答 解：（1）FeSO₄溶液中亞鐵離子易被氧化生成鐵離子，亞鐵離子水解生成氫氧化亞鐵，加入鐵粉防止氧化，加入硫酸防止水解，實(shí)驗(yàn)室配制FeSO₄溶液時(shí)，需加入鐵粉和稀硫酸，加稀硫酸原因是抑制FeSO₄的水解，
故答案為：抑制FeSO₄的水解；
（2）第一次氧化時(shí)，需要控制溫度不超過(guò)35℃，原因是過(guò)氧化氫受熱易發(fā)生分解失去氧化作用，
故答案為：溫度過(guò)高H₂O₂會(huì)分解；
（3）上述分析可知用飽和KOH溶液提供鉀離子結(jié)晶析出高鐵酸鉀晶體，用飽和KOH溶液結(jié)晶的原因是提供K⁺離子，
故答案為：提供K⁺；
（4）高鐵酸鉀不溶于乙醚，洗滌時(shí)用乙醚作洗滌劑的原因是用乙醚作洗滌劑減少產(chǎn)品損失，
故答案為：減少K₂FeO₄的損失；
（5）反應(yīng)中Fe³⁺→FeO₄^2-，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)，ClO^-→Cl^-，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Fe³⁺系數(shù)為2，ClO^-系數(shù)為3，由鐵元素守恒可知 FeO₄^2-系數(shù)為2，由氯元素守恒可知Cl^-系數(shù)為3，根據(jù)鈉元素守恒可知OH^-系數(shù)為10，由氫元素守恒可知H₂O系數(shù)為5，配平離子方程式：3ClO^-+2Fe³⁺+10OH^-═2FeO₄^2-+3Cl^-+5 H₂O，假設(shè)所有反應(yīng)均完全時(shí)產(chǎn)率最高，假設(shè)所有反應(yīng)均完全時(shí)產(chǎn)率最高則n（FeSO₄•7H₂O）：n（NaOH）理論值應(yīng)為1：5，
故答案為：1：5；
（6）經(jīng)測(cè)定第一、二次氧化時(shí)的轉(zhuǎn)化率分別為a和b，結(jié)晶時(shí)的轉(zhuǎn)化率為c，若要制備d Kg的K₂FeO₄，元素守恒得到鐵元素物質(zhì)的量$\fract9tl1pn{198}$Kmol，設(shè)需要綠礬質(zhì)量為xkg，則得到x×abc=$\frac3fp5rld{198}$×278
則需要FeSO₄•7H₂O 質(zhì)量=$\frac{278d}{198abc}$kg=$\frac{139d}{99abc}$kg，
故答案為：$\frac{139d}{99abc}$或$\frac{278d}{198abc}$；
（7）電解時(shí)陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，F(xiàn)e在堿性條件下被氧化為FeO₄^2-，電極反應(yīng)式為：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O，
故答案為：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)制備方法的分析，流程中試劑選擇，產(chǎn)物判斷，實(shí)驗(yàn)基本操作的目的和作用，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．