Question

1．I．高鐵酸鉀（K₂FeO₄）是一種集強(qiáng)氧化性、吸附、絮凝于一體的新型多功能水處理劑，生產(chǎn)工藝如圖1：

已知：
①溫度較低時(shí)：2KOH+Cl₂→KCl+KClO+H₂O
②溫度較高時(shí)：6KOH+3Cl₂→5KCl+KClO₃+3H₂O
③Fe（NO₃）₃+KClO+KOH→K₂FeO₄+KNO₃+KCl+H₂O（未配平）
（1）該生產(chǎn)應(yīng)在溫度較低的情況下進(jìn)行（填“較高”或“較低”）．
（2）請配平反應(yīng)③并回答有關(guān)問題：
2Fe（NO₃）₃+3KClO+10KOH→2K₂FeO₄+6KNO₃+3KCl+5H₂O
當(dāng)生成396克K₂FeO₄理論上需要67.2L Cl₂（標(biāo)況下），整個(gè)過程中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為6mol．
（3）在“反應(yīng)液I”中加KOH固體的目的是A、B．
A．為下一步反應(yīng)提供反應(yīng)物
B．與“反應(yīng)液I”中過量的Cl₂繼續(xù)反應(yīng)，生成更多的KClO
C．KOH固體溶解時(shí)會(huì)放出較多的熱量，有利于提高反應(yīng)速率
D．使副產(chǎn)物KClO₃轉(zhuǎn)化為 KClO
II．由于Fe（OH）₂極易被氧化，所以實(shí)驗(yàn)室很難用亞鐵鹽溶液與燒堿反應(yīng)制得白色、純凈的Fe（OH）₂沉淀．應(yīng)用如圖2的電解實(shí)驗(yàn)可制得純凈的Fe（OH）₂沉淀．兩電極的材料分別為石墨和鐵．
（1）a電極材料應(yīng)為Fe，電極反應(yīng)式為Fe-2e^-=Fe²⁺．
（2）電解液c可以是BC．（填編號(hào)）
A．純水    B．NaCl溶液    C．NaOH溶液    D．CuCl₂溶液
（3）d是苯（C₆H₆），其作用為隔絕空氣防止氫氧化亞鐵被氧化．
（4）為了在較短時(shí)間內(nèi)看到白色沉淀，可采取的措施是B、C．（填編號(hào)）
A．改用稀硫酸做電解液       B．適當(dāng)增大電源的電壓
C．適當(dāng)減小兩電極間距離     D．適當(dāng)降低電解液的溫度
（5）若c用Na₂SO₄溶液，當(dāng)電解一段時(shí)間看到白色Fe（OH）₂沉淀后，再反接電源電解，除在電極上可以看到氣泡外，混合物中另一明顯現(xiàn)象為白色沉淀迅速變?yōu)榛揖G色，最終變?yōu)榧t褐色．

Answer 1

分析 I．足量Cl₂通入和KOH溶液中，溫度低時(shí)發(fā)生反應(yīng)Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O，向溶液I中加入KOH，使氯氣完全反應(yīng)，且將溶液轉(zhuǎn)化為堿性溶液，只有堿性條件下次氯酸根離子才能和鐵離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成高鐵酸根離子，除去KCl得到堿性的KClO濃溶液，向堿性的KClO濃溶液中加入90%的Fe（NO₃）₃溶液，發(fā)生反應(yīng)2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，得到溶液II，純化得到濕產(chǎn)品，將濕產(chǎn)品洗滌、干燥得到晶體K₂FeO₄．
（1）由工藝流程及③可知，利用Fe（NO₃）₃與KClO制備K₂FeO₄，由信息②可知溫度較高KOH與Cl₂ 反應(yīng)生成的是KClO₃；
（2）根據(jù)化合價(jià)升降法配平化學(xué)方程式；根據(jù)反應(yīng)Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O和2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，可得關(guān)系式2K₂FeO₄～3Cl₂，根據(jù)關(guān)系式可計(jì)算出氯氣的物質(zhì)的量；
（3）KOH和氯氣反應(yīng)生成KClO，除去未反應(yīng)的氯氣，且只有堿性條件下，鐵離子才能和次氯酸根離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成高鐵酸根離子；
II．（1）制純凈的Fe（OH）₂沉淀，則Fe為陽極，失去電子，a與電源正極相連，則a為陽極；
（2）純水導(dǎo)電性太差，影響物質(zhì)的制備，而NaCl、NaOH溶液中氫離子放電，可生成Fe（OH）₂沉淀，電解液為CuCl₂溶液，發(fā)生Fe+CuCl₂=Cu+CuCl₂；
（3）苯的密度水的小，不溶于水，可隔絕空氣，防止氫氧化亞鐵被氧化；
（4）短時(shí)間內(nèi)看到白色沉淀，增大反應(yīng)的速率即可；
（5）反接電源時(shí)，電解方程式是2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，生成的O₂會(huì)將Fe（OH）₂氧化．

解答 解：I．（1）由工藝流程及③可知，利用Fe（NO₃）₃與KClO制備K₂FeO₄，由信息②可知溫度較高KOH與Cl₂ 反應(yīng)生成的是KClO₃．由信息①可知，在低溫下KOH與Cl₂ 反應(yīng)生成的是KClO．故選擇低溫較低，
故答案為：溫度較低；
（2）反應(yīng)③中鐵元素從+3價(jià)升到+6價(jià)，氯元素從+1價(jià)降到-1價(jià)，根據(jù)化合價(jià)升降法及元素守恒可知反應(yīng)方程式為：2Fe（NO₃）₃+3KClO+10KOH→2K₂FeO₄+6KNO₃+3KCl+5H₂O，根據(jù)反應(yīng)Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O和2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，可得關(guān)系式2K₂FeO₄～3Cl₂，396克 K₂FeO₄的物質(zhì)的量為2mol，根據(jù)關(guān)系式可知氯氣的物質(zhì)的量為3mol，標(biāo)況下體積為3mol×22.4mol/L=67.2L，反應(yīng)③中鐵元素從+3價(jià)升到+6價(jià)，2molK₂FeO₄轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為6mol，
故答案為：2、3、10、2、6、3、5；67.2L；6mol；
（3）KOH和氯氣反應(yīng)生成KClO，除去未反應(yīng)的氯氣，且只有堿性條件下，鐵離子才能和次氯酸根離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成高鐵酸根離子，所以加入KOH的目的是除去氯氣且使溶液為后一步反應(yīng)提供堿性，
故答案為：A、B；
II．（1）制純凈的Fe（OH）₂沉淀，則Fe為陽極，失去電子，a與電源正極相連，則a為陽極，發(fā)生的電極反應(yīng)為Fe-2e^-=Fe²⁺，
故答案為：Fe；Fe-2e^-=Fe²⁺；
（2）純水導(dǎo)電性太差，影響物質(zhì)的制備，而NaCl、NaOH溶液中氫離子放電，可生成Fe（OH）₂沉淀，電解液為CuCl₂溶液，發(fā)生Fe+CuCl₂=Cu+CuCl₂，則電解液c可選擇BC，
故答案為：BC；
（3）苯的密度水的小，不溶于水，可隔絕空氣，防止氫氧化亞鐵被氧化，為防止氫氧化亞鐵被氧化，
故答案為：隔絕空氣防止氫氧化亞鐵被氧化；
（4）短時(shí)間內(nèi)看到白色沉淀，適當(dāng)增大電源電壓、適當(dāng)縮小兩電極間距離可增大反應(yīng)的速率，而改用稀硫酸不能生成沉淀，降低溫度反應(yīng)速率減慢，
故答案為：B、C；
（5）反接電源時(shí)，電解方程式是2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，生成的O₂會(huì)將Fe（OH）₂氧化，其現(xiàn)象是白色沉淀迅速變?yōu)榛揖G色，最終變?yōu)榧t褐色，
故答案為：白色沉淀迅速變?yōu)榛揖G色，最終變?yōu)榧t褐色．

點(diǎn)評(píng) 本題考查學(xué)生閱讀題目獲取信息的能力、對(duì)工藝流程的理解與條件的控制、氧化還原反應(yīng)的應(yīng)用、電化學(xué)知識(shí)的應(yīng)用等，題目難度中等，需要學(xué)生具有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)與靈活運(yùn)用知識(shí)解決問題的能力，注意基礎(chǔ)知識(shí)的掌握．