Question

高鐵酸鉀是一種高效的多功能的水處理劑．工業(yè)上常采用NaClO氧化法生產(chǎn)，原理為：3NaClO+2Fe（NO₃）₃+10NaOH=2Na₂FeO₄↓+3NaCl+6NaNO₃+5H₂O  Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄+2NaOH主要的生產(chǎn)流程如下：

（1）寫(xiě)出反應(yīng)①的離子方程式

 

．
（2）反應(yīng)的溫度、原料的濃度和配比對(duì)高鐵酸鉀的產(chǎn)率都有影響．
圖1為不同的溫度下，F(xiàn)e（NO₃）₃不同質(zhì)量濃度對(duì)K₂FeO₄生成率的影響；
圖2為一定溫度下，F(xiàn)e（NO₃）₃質(zhì)量濃度最佳時(shí)，NaClO濃度對(duì)K₂FeO₄生成率的影響．

工業(yè)生產(chǎn)中最佳溫度為

 

℃，此時(shí)Fe（NO₃）₃與NaClO兩種溶液最佳質(zhì)量濃度之比為

 

．
（3）“提純”K₂FeO₄中所包含的操作依次為：溶解、

 

、過(guò)濾、洗滌、低溫干燥，其中K2FeO₄在水溶液中易水解：4FeO₄^2-+10H₂O?4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂↑．則洗滌劑最好選用

 

溶液（填序號(hào)）．
A．H₂O  B．CH₃COONa、異丙醇C．NH₄Cl、異丙醇 D．Fe（NO₃）₃、異丙醇
（4）上述方法是濕法制備高鐵酸鉀，干法制備高鐵酸鉀的主要反應(yīng)為：2FeSO₄+6Na₂O₂═2Na₂FeO₄+2Na₂O+2Na₂SO₄+O₂↑，每生成1molNa₂FeO₄轉(zhuǎn)移

 

 mol電子．
（5）我國(guó)學(xué)者提出在濃NaOH溶液（非飽和溶液）中用電化學(xué)方法來(lái)制備高鐵酸鹽，電解裝置如圖3．電解時(shí)，陽(yáng)極的電極式反應(yīng)為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：向NaOH溶液中通入Cl₂，發(fā)生的反應(yīng)為Cl₂+2NaOH=NaCl+NaClO+H₂O，然后向溶液中加入Fe（NO₃）₃，發(fā)生的反應(yīng)為3NaClO+2 Fe（NO₃）₃+10NaOH=2Na₂FeO₄↓+3NaCl+6NaNO₃+5H₂O，向溶液中加入HCl來(lái)調(diào)節(jié)溶液的pH，然后過(guò)濾得到NaCl，向?yàn)V液中加入飽和KOH，發(fā)生反應(yīng)Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄+2NaOH，分離得到粗的K₂FeO₄，通過(guò)提純得到純的K₂FeO₄，
（1）由工藝流程可知，反應(yīng)①為氯氣與氫氧化鈉反應(yīng)生成氯化鈉、次氯酸鈉與水；           
（2）Fe（NO₃）₃濃度一定，K₂FeO₄的生成率最高時(shí)的溫度為最佳溫度；
由圖1可知，F(xiàn)e（NO₃）₃濃度在375g/L時(shí)，K₂FeO₄的生成率最高，由圖2可知，NaClO在255g/L時(shí)，K₂FeO₄的生成率最高，據(jù)此計(jì)算Fe（NO₃）₃與NaClO兩種溶液最佳質(zhì)量濃度之比；
（3）K₂FeO₄ 在水溶液中易水解呈堿性，應(yīng)選擇堿性非水溶液抑制K₂FeO₄水解，進(jìn)行洗滌；
（4）2FeSO₄+6Na₂O₂═2NaFeO₄+2Na₂O+2Na₂SO₄+O₂↑中Fe、O元素的化合價(jià)升高，O元素的化合價(jià)降低，由化合價(jià)的變化計(jì)算轉(zhuǎn)移的電子數(shù)；
（5）電解時(shí)陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)方程式為Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O．

解答： 解：向NaOH溶液中通入Cl₂，發(fā)生的反應(yīng)為Cl₂+2NaOH=NaCl+NaClO+H₂O，然后向溶液中加入Fe（NO₃）₃，發(fā)生的反應(yīng)為3NaClO+2 Fe（NO₃）₃+10NaOH=2Na₂FeO₄↓+3NaCl+6NaNO₃+5H₂O，向溶液中加入HCl來(lái)調(diào)節(jié)溶液的pH，然后過(guò)濾得到NaCl，向?yàn)V液中加入飽和KOH，發(fā)生反應(yīng)Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄+2NaOH，分離得到粗的K₂FeO₄，通過(guò)提純得到純的K₂FeO₄，
（1）反應(yīng)①為氯氣與氫氧化鈉反應(yīng)生成氯化鈉、次氯酸鈉與水，反應(yīng)離子方程式為Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O，
故答案為：Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O；
（2）由圖1可知，F(xiàn)e（NO₃）₃濃度一定，溫度在26℃時(shí)，K₂FeO₄的生成率最高，故工業(yè)生產(chǎn)中最佳溫度為26℃．
由圖1可知，F(xiàn)e（NO₃）₃濃度在330g/L時(shí)，K₂FeO₄的生成率最高，由圖2可知，NaClO在2575g/L時(shí)，K₂FeO₄的生成率最高，所以Fe（NO₃）₃與NaClO兩種溶液最佳質(zhì)量濃度之比為330g/L：275g/L=6：5，
故答案為：26；6：5；
（3）提純”K₂FeO₄中所包含的操作依次為：溶解、蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、低溫干燥，K₂FeO₄ 在水溶液中易水解呈堿性，應(yīng)選擇堿性非水溶液抑制K₂FeO₄水解，進(jìn)行洗滌．
A．H₂O，不能抑制水解，且容易損失，故A錯(cuò)誤；
B．CH₃COONa、異丙醇，能抑制水解，減少洗滌損失，故B正確；
C．NH₄Cl、異丙醇，不能抑制水解，促進(jìn)水解，故C錯(cuò)誤；
D．Fe（NO₃）₃、異丙醇，不能抑制水解，促進(jìn)水解，故D錯(cuò)誤．
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶；B；
（4）反應(yīng)中Fe元素化合價(jià)由+2價(jià)升高為+6價(jià)，被氧化，過(guò)氧化鈉中O元素的化合價(jià)由-1價(jià)降低為-2價(jià)，由-1價(jià)升高為0，由方程式可知，鎂生成2molNa₂FeO₄，有6molNa₂O₂參加反應(yīng)，轉(zhuǎn)移10mol電子，則每生成1molNa₂FeO₄轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為5mol，
故答案為：5；
（5）電解時(shí)陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)方程式為Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O，故答案為：Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O．

點(diǎn)評(píng)：本題考查學(xué)生對(duì)工藝流程的理解、閱讀題目獲取信息能力、物質(zhì)的分離提純等基本操作、氧化還原反應(yīng)、電解池等，難度中等，需要學(xué)生具有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)及靈活運(yùn)用知識(shí)、題目信息解決問(wèn)題的能力．