Question

【題目】高鐵酸鉀(K2FeO4)是一種新型綠色、高效的水處理劑，對(duì)病毒的去除率可達(dá)99.95%。已知K2FeO4在低于常溫的堿性環(huán)境中穩(wěn)定，酸性條件下，其氧化性強(qiáng)于KMnO4、Cl2等。某小組設(shè)計(jì)制備K2FeO4并測(cè)定其純度的實(shí)驗(yàn)步驟如下：

I.制備次氯酸鉀。在攪拌和冰水浴條件下，將Cl2通入濃KOH溶液，同時(shí)補(bǔ)加一定量KOH，產(chǎn)生了大量白色沉淀，抽濾后得到濃KClO濾液。

II.制備高鐵酸鉀(裝置如圖)

堿性條件下，向如圖裝置加入上述濃KClO 溶液與冰水浴磁子攪拌Fe(NO3)3；飽和溶液，反應(yīng)一段時(shí)間，得到紫黑色溶液和大量白色沉淀，抽濾分離，用冰鹽浴進(jìn)一步冷卻濾液得到K2FeO4粗品。

III.測(cè)定高鐵酸鉀樣品的純度。取0.300g上述步驟制備的K2FeO4樣品于錐形瓶，在強(qiáng)堿性溶液中，用過(guò)量CrO2-與FeO42-反應(yīng)生成 CrO42-和Fe(OH)3。稀硫酸酸化后加入指示劑，以0.150mol/L(NH)2Fe(SO4)2標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定 Cr(VI)至 Cr3+，終點(diǎn)消耗 20.0mL。

(1)步驟I制備次氯酸鉀的化學(xué)方程式為_____；“補(bǔ)加一定量KOH”的目的除了與過(guò)量Cl2繼續(xù)反應(yīng)生成更多KClO外，還在步驟II中起到___________的作用。

(2)根據(jù) K2FeO4理論合成產(chǎn)率與合成條件響應(yīng)曲面投影圖(見(jiàn)圖，虛線上的數(shù)據(jù)表示K2FeO4的理論合成產(chǎn)率)，步驟II中控制的條件應(yīng)是：溫度______ (序號(hào)，下同)，反應(yīng)時(shí)間_____________。

a.0.0~5.0℃ b.5.0~10℃ c.10~15℃ d.40~50 min e.50~60 min f.60~70 min

(3)步驟II中，為了避免副產(chǎn)物K3FeO4的產(chǎn)生，Fe(NO3)3飽和溶液應(yīng)放在儀器A中，A的名稱是________；寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)剛開(kāi)始時(shí)生成FeO42-的離子方程式________。

(4)根據(jù)步驟皿I的測(cè)定數(shù)據(jù)，計(jì)算高鐵酸鉀樣品純度為_____(保留3位有效數(shù)字)。

(5)為探究酸性條件下FeO42-氧化性強(qiáng)弱，甲同學(xué)取步驟II所得K2FeO4粗品加入到少量鹽酸中，觀察到產(chǎn)生黃綠色氣體，經(jīng)檢驗(yàn)氣體為Cl2。該現(xiàn)象能否證明“酸性條件下FeO42-氧化性強(qiáng)于Cl2”，并說(shuō)明理由_______________________________。

Answer 1

【答案】Cl2+2KOH=KCl↓+KClO+H2O 提供堿性環(huán)境、做反應(yīng)物 b e 恒壓滴液漏斗 2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O 66.0% 不能。粗品中可能混有KClO，與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生Cl2

【解析】

本實(shí)驗(yàn)的目的是制備K2FeO4并測(cè)定其純度，首先需要制備KClO，Cl2通入濃KOH溶液，發(fā)生反應(yīng)Cl2+2KOH=KCl+KClO+H2O，根據(jù)題意，有白色沉淀生成，KClO在濾液中，說(shuō)明白色沉淀是KCl；然后制備高鐵酸鉀，將堿性KClO濃溶液與Fe(NO3)3混合反應(yīng)，得到高鐵酸鉀溶液，同時(shí)析出硝酸鉀、氯化鉀等白色沉淀，過(guò)濾，冰鹽浴進(jìn)一步冷卻析出高鐵酸鉀粗品；

測(cè)定純度：在強(qiáng)堿性溶液中，用過(guò)量CrO2-與FeO42-反應(yīng)生成CrO42-和Fe(OH)3，加稀硫酸使CrO42-轉(zhuǎn)化為Cr2O72-，CrO2-轉(zhuǎn)化為Cr3+，Fe(OH)3轉(zhuǎn)化為Fe3+，(NH4)2Fe(SO4)2標(biāo)準(zhǔn)液可以將Cr(VI)還原為Cr3+，所以可用(NH4)2Fe(SO4)2標(biāo)準(zhǔn)液測(cè)定生成的CrO42-的量，從而確定FeO42-的量。

(1)步驟I利用氯氣和氫氧化鉀反應(yīng)制備次氯酸鉀，過(guò)程中析出KCl固體，所以化學(xué)方程式為Cl2+2KOH=KCl↓+KClO+H2O；過(guò)量的KOH可以提供步驟II中反應(yīng)需要的堿性環(huán)境，同時(shí)KOH還要作為反應(yīng)物參與反應(yīng)；

(2)據(jù)圖可知溫度為5.0~10℃時(shí)產(chǎn)率可到達(dá)0.8，所以溫度應(yīng)選b；反應(yīng)時(shí)間在50~60 min時(shí)該溫度下產(chǎn)率最高，所以反應(yīng)時(shí)間選e；

(3)儀器A的名稱是恒壓滴液漏斗；實(shí)驗(yàn)剛開(kāi)始時(shí)次氯酸根在堿性環(huán)境下將Fe3+氧化生成FeO42-，此時(shí)硝酸鉀等物質(zhì)濃度較低，應(yīng)沒(méi)有沉淀生成，結(jié)合電子守恒和元素守恒可得離子方程式為2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O；

(4)(NH4)2Fe(SO4)2標(biāo)準(zhǔn)液可以將Cr(VI)還原為Cr3+，Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+，化合價(jià)升高1價(jià)，Cr(VI)還原為Cr3+，化合價(jià)降低3價(jià)，根據(jù)電子守恒可知n[(NH4)2Fe(SO4)2]：n[Cr(VI)]=3:1；根據(jù)元素守恒可知被FeO42-氧化的CrO2-的物質(zhì)的量為n(CrO2-)=0.02L×0.150mol/L×=0.001mol；CrO2-轉(zhuǎn)化為Cr(VI)化合價(jià)升高3價(jià)，FeO42-轉(zhuǎn)化為Fe3+化合價(jià)降低3價(jià)，所以n(CrO2-)：n(FeO42-)=1:1，則n(FeO42-)=0.001mol，所以樣品的純度為=66.0%；

(5)粗品中可能混有KClO，與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生Cl2，所以不能說(shuō)明酸性條件下FeO42-氧化性強(qiáng)于Cl2。