Question

6．高鐵酸鉀是一種高效的多功能水處理劑，具有氧化、吸附、絮凝、助凝、殺菌、除臭等作用，高鐵酸鉀的開發(fā)和利用正日益顯示出其廣闊的應用前景．其制備流程如圖1：
試回答下列問題
（1）反應器中，NaOH、NaClO、Fe（NO₃）₃發(fā)生反應生成Na₂FeO₄，完成并配平下列離子反應方程式：
□Fe³⁺+□ClO^─+□OH^─═□FeO₄^2─+□Cl^─+□H₂O．
（2）次氯酸鈉濃度對高鐵酸鉀產(chǎn)率有一定影響，當NaClO濃度為298g/L時，高鐵酸鈉的產(chǎn)率最高，此時NaClO的物質(zhì)的量濃度為4mol/L．
（3）你認為操作①能夠發(fā)生轉(zhuǎn)化的原因是此條件下，高鐵酸鉀的溶解度小于高鐵酸鈉的溶解度，慢慢滴加的原因的是為了使反應充分．
（4）操作②如果溫度過高會造成高鐵酸鉀的分解，高鐵酸鉀受熱分解時生成金屬氧化物和氧氣，該反應的化學方程式為4K₂FeO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2K₂O+2Fe₂O₃+3O₂↑．
（5）可以用電化學法制取Na₂FeO₄，其裝置如圖2所示，則陽極的電極反應式為Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O；陰極的電極反應式為2H⁺+2e^-=H₂↑（或2H₂O+2e^-=2OH^-+H₂↑）；電解一段時間后溶液OH^─的濃度會降低（填“升高”、“降低”或“不變”）．

Answer 1

分析 由流程可知，氫氧化鈉和NaClO的混合液中加入硝酸鐵溶液發(fā)生反應生成Na₂FeO₄，為使其充分反應可用玻璃棒攪拌再加入NaOH溶液析出Na₂FeO₄，慢慢滴加KOH飽和溶液后，氫氧化鉀和高鐵酸鈉發(fā)生復分解反應生成高鐵酸鉀和氫氧化鈉，化學方程式為2KOH+Na₂FeO₄=K₂FeO₄+2NaOH，因高鐵酸鉀的溶解度小于高鐵酸鈉的溶解度，則析出K₂FeO₄，操作①為過濾，K₂FeO₄粗品重結晶后過濾、洗滌、干燥即可；
用電化學法制取Na₂FeO₄，由圖可知Fe為陽極失去電子，石墨為陰極，結合總電解反應判斷溶液OH^─的濃度變化，以此來解答．

解答 解：（1）NaOH、NaClO、Fe（NO₃）₃發(fā)生反應生成Na₂FeO₄，F(xiàn)e元素的化合價升高，Cl元素的化合價降低，由電子、電荷守恒及原子守恒可知離子反應為2Fe³⁺+3ClO^─+10OH^─═2FeO₄^2─+3Cl^─+5H₂O，故答案為：2Fe³⁺+3ClO^─+10OH^─═2FeO₄^2─+3Cl^─+5H₂O；
（2）NaClO濃度為298g/L時，則物質(zhì)的量濃度為$\frac{298g/L}{74.5g/mol}$=4mol/L，故答案為：4mol/L；
（3）操作①能夠發(fā)生轉(zhuǎn)化的原因是此條件下，高鐵酸鉀的溶解度小于高鐵酸鈉的溶解度；慢慢滴加的原因的是為了使反應充分，
故答案為：此條件下，高鐵酸鉀的溶解度小于高鐵酸鈉的溶解度；為了使反應充分；
（4）高鐵酸鉀受熱分解時生成金屬氧化物和氧氣，氧化物為氧化鉀、氧化鐵，由質(zhì)量守恒定律可知反應為4K₂FeO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2K₂O+2Fe₂O₃+3O₂↑，
故答案為：4K₂FeO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2K₂O+2Fe₂O₃+3O₂↑；
（5）用電化學法制取Na₂FeO₄，由圖可知Fe為陽極失去電子，則陽極反應為Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O，石墨為陰極，陰極反應為2H⁺+2e^-=H₂↑（或2H₂O+2e^-=2OH^-+H₂↑），電解總反應為Fe+2H₂O+2OH^-$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$FeO₄^2-+3H₂↑，則該反應消耗氫氧根離子，電解一段時間后溶液OH^─的濃度會降低，
故答案為：Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O；2H⁺+2e^-=H₂↑（或2H₂O+2e^-=2OH^-+H₂↑）；降低．

點評 本題考查制備實驗方案的設計，為高頻考點，把握制備流程中的反應及混合物分離方法為解答的關鍵，注意氧化還原反應、電化學反應原理的應用，綜合性較強，題目難度中等．