Question

12．高鐵酸鉀（K₂FeO₄）是一種新型、高效、多功能水處理劑．如圖是以鐵屑為原料制備K₂FeO₄的工藝流程圖：

請(qǐng)回答下列問題：
（1）氯氣與鐵屑反應(yīng)生成FeCl₃ 的條件是點(diǎn)燃，其生成物氯化鐵也可作凈水劑，其凈水原理為Fe³⁺水解生成的Fe（OH）3膠體具有吸附性．
（2）流程圖中的吸收劑X 為d（選填字母代號(hào)）．
a．NaOH 溶液　b．Fe 粉　c．FeSO₄ 溶液　d．FeCl₂溶液
（3）氯氣與NaOH 溶液反應(yīng)生成氧化劑Y 的離子方程式為Cl₂+2OH^-=ClO^-+Cl^-+H₂O．
（4）反應(yīng)④的化學(xué)方程式為2FeCl₃+3NaClO+10NaOH=2Na₂FeO4+9NaCl+5H₂O，該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為3：2．
（5）K₂FeO₄的凈水原理是4FeO₄^2-+10H₂O?4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂↑，該反應(yīng)生成具有吸附性的Fe（OH）₃．用上述方法制備的粗K₂FeO₄需要提純，可采用重結(jié)晶、洗滌、低溫烘干的方法，洗滌劑可選用稀KOH 溶液，原因是堿性溶液中，上述反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，可減少洗滌時(shí)K2FeO4的損失．
（6）測(cè)定制備的粗K₂FeO₄的純度可用滴定法，滴定時(shí)有關(guān)反應(yīng)的離子方程式為：
①FeO₄^2-+CrO₂^-+2H₂O═CrO₄^2-+Fe（OH）₃↓+OH^-
②2CrO₄^2-+2H⁺═Cr₂O₇^2-+H₂O
③Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O
現(xiàn)稱取1.98g 粗K₂FeO₄樣品溶于適量KOH 溶液中，加入稍過量的KCrO₂，充分反應(yīng)后過濾，濾液在250mL 容量瓶中定容．每次取25.00mL 加入稀硫酸酸化，用0.100 0mol•L^-1的（NH₄）₂Fe（SO₄）₂ 標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，三次滴定消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液的平均體積為18.93mL．則上述樣品中K₂FeO₄的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為63.1%．

Answer 1

分析 根據(jù)題中反應(yīng)流程，鐵與氯氣在點(diǎn)燃的條件可以反應(yīng)生成氯化鐵，反應(yīng)的尾氣主是氯氣，用試劑X吸收后得氯化鐵溶液，所以X為氯化亞鐵溶液，氯氣與氫氧化鈉反應(yīng)生成氯化鈉和次氯酸鈉，能作氧化劑的是次氯酸鈉，所以Y為次氯酸鈉，次氯酸鈉在堿性溶液中將氯化鐵氧化成Na₂FeO₄，Na₂FeO₄在飽和氫氧化鉀溶液中生成溶解度較小的K₂FeO₄，
（1）鐵在氯氣中燃燒生成FeCl₃，F(xiàn)e³⁺水解生成的Fe（OH）₃ 膠體具有吸附性；
（2）氯化亞鐵與Cl₂反應(yīng)能生成FeCl₃；
（3）NaOH 溶液與Cl₂ 反應(yīng)生成NaCl、NaClO、H₂O，氧化劑Y 為NaClO；
（4）根據(jù)流程提供的反應(yīng)物和生成物可書寫化學(xué)方程式，根據(jù)方程式可知氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比；
（5）由題給的可逆反應(yīng)可知，OH^-為生成物，故在堿性溶液中，可減少洗滌時(shí)K₂FeO₄ 的損失；
（6）根據(jù)反應(yīng)①②③，可得關(guān)系2FeO₄^2-～2CrO₄^2-～Cr₂O₇^2-～6Fe²⁺，根據(jù)（NH₄）₂Fe（SO₄）₂ 的物質(zhì)的量可求得K₂FeO₄的物質(zhì)的量，進(jìn)而求得其質(zhì)量，根據(jù)$\frac{K{\;}_{2}FeO{\;}_{4}的質(zhì)量}{樣品的質(zhì)量}$×100%計(jì)算．

解答 解：根據(jù)題中反應(yīng)流程，鐵與氯氣在點(diǎn)燃的條件可以反應(yīng)生成氯化鐵，反應(yīng)的尾氣主是氯氣，用試劑X吸收后得氯化鐵溶液，所以X為氯化亞鐵溶液，氯氣與氫氧化鈉反應(yīng)生成氯化鈉和次氯酸鈉，能作氧化劑的是次氯酸鈉，所以Y為次氯酸鈉，次氯酸鈉在堿性溶液中將氯化鐵氧化成Na₂FeO₄，Na₂FeO₄在飽和氫氧化鉀溶液中生成溶解度較小的K₂FeO₄，
（1）鐵在氯氣中燃燒生成FeCl₃，所以條件為點(diǎn)燃，氯化鐵可用于凈水是因?yàn)镕e³⁺水解生成的Fe（OH）₃ 膠體具有吸附性，能吸附水中的懸浮物質(zhì)，
故答案為：點(diǎn)燃；Fe³⁺水解生成的Fe（OH）3 膠體具有吸附性；
（2）根據(jù)上面的分析可知，X為氯化亞鐵溶液，故選d；
（3）NaOH 溶液與Cl₂ 反應(yīng)生成NaCl、NaClO、H₂O，反應(yīng)的離子方程式為Cl₂+2OH^-=ClO^-+Cl^-+H₂O，
故答案為：Cl₂+2OH^-=ClO^-+Cl^-+H₂O；
（4）反應(yīng)④的化學(xué)方程式為2FeCl₃+3NaClO+10NaOH=2Na₂FeO4+9NaCl+5H₂O，其中氧化劑為NaClO，還原劑為FeCl₃，二者的物質(zhì)的量之比為3：2，
故答案為：2FeCl₃+3NaClO+10NaOH=2Na₂FeO4+9NaCl+5H₂O；3：2；
（5）由題給的可逆反應(yīng)可知，OH^-為生成物，故在堿性溶液中，該反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，可減少洗滌時(shí)K₂FeO₄ 的損失，
故答案為：堿性溶液中，上述反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，可減少洗滌時(shí)K2FeO4 的損失；
（6）根據(jù)反應(yīng)①②③，可得關(guān)系2FeO₄^2-～2CrO₄^2-～Cr₂O₇^2-～6Fe²⁺，（NH₄）₂Fe（SO₄）₂ 的物質(zhì)的量為0.100 0mol•L^-1×18.93×10^-3L=1.893×10^-4mol，所以K₂FeO₄的物質(zhì)的量為$\frac{1}{3}$×1.893×10^-4mol，進(jìn)而求得其質(zhì)量為$\frac{1}{3}×$1.893×10^-4×198g，所以樣品中K₂FeO₄的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{\frac{1}{3}×1.893×1{0}^{-4}×198×\frac{250}{25}}{1.98}$×100%=63.1%，
故答案為：63.1%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查制備K₂FeO₄ 的工藝流程，意在考查考生對(duì)流程圖信息的提取能力及實(shí)驗(yàn)操作能力等，中等難度．