Question

6．高鐵酸鉀（K₂FeO₄）是一種新型、高效、多功能水處理劑，且不會(huì)造成二次污染．已知高鐵酸鹽在低溫堿性環(huán)境中穩(wěn)定，易溶于水，難溶于無水乙醇等有機(jī)溶劑．
常見高鐵酸鉀的制備方法如下：

制備方法	具體內(nèi)容
干法	Fe2O3、KNO3、KOH混合加熱共熔生成紫紅色高鐵酸鉀和KNO2等產(chǎn)物
濕法	強(qiáng)堿性介質(zhì)中，F(xiàn)e（NO3）3與KClO反應(yīng)生成紫紅色高鐵酸鉀溶液
電解法	電解濃NaOH溶液制備Na2FeO4

（1）干法制備反應(yīng)中氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為：3：1．
（2）某濕法制備高鐵酸鉀的基本流程及步驟如下：

①控制反應(yīng)溫度為25℃，攪拌1.5h，經(jīng)氧化等過程溶液變?yōu)樽霞t色，該反應(yīng)的離子方程式為3ClO^-+2Fe³⁺+10OH^-═2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．
②在紫紅色溶液中加入飽和KOH溶液，析出紫黑色晶體，過濾，得到K₂FeO₄粗產(chǎn)品．沉淀過程中加入飽和KOH溶液得到晶體的原因是該溫度下高鐵酸鉀的溶解度比高鐵酸鈉的溶解度小．
③K₂FeO₄粗產(chǎn)品含有Fe（OH）₃、KCl等雜質(zhì)，用重結(jié)晶方法進(jìn)行分離提純．其提純步驟為：將一定量的K₂FeO₄粗產(chǎn)品溶于冷的3mol/LKOH溶液中，過濾，將濾液置于冰水浴中，向?yàn)V液中加入飽和KOH溶液，攪拌、靜置、過濾，用乙醇洗滌2～3次，在真空干燥箱中干燥．
④若以FeCl₃ 代替Fe（NO₃）₃作鐵源，K₂FeO₄的產(chǎn)率和純度都會(huì)降低．一個(gè)原因是在反應(yīng)溫度和強(qiáng)堿環(huán)境下NaCl的溶解度比NaNO₃大，使得NaCl結(jié)晶去除率較低；另一個(gè)原因是Cl^-被FeO₄^2-氧化，消耗產(chǎn)品使產(chǎn)率降低．
（3）工業(yè)上還可用通過電解濃NaOH溶液制備Na₂FeO₄，其工作原理如下圖所示：陽極的電極反應(yīng)為Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；其中可循環(huán)使用的物質(zhì)的電子式是．

（4）已知25℃時(shí)，K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38、K_sp[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20，向該溫度下含有Fe³⁺、Cu²⁺濃度均為0.01mol/L的溶液中，滴加濃NaOH溶液，當(dāng)溶液pH=10時(shí)，溶液中c（Cu²⁺）：c（Fe³⁺）=5.5×10¹³：1．

Answer 1

分析 （1）氧化劑為KNO₃，被還原生成KNO₂，還原劑為Fe₂O₃，被氧化生成K₂FeO₄，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算；
（2）硝酸鐵晶體在堿性條件下被次氯酸鈉氧化生成Na₂FeO₄，過濾除去雜質(zhì)NaCl、硝酸鈉，加入飽和KOH溶液后，將Na₂FeO₄轉(zhuǎn)化為溶解度更小的K₂FeO₄，反應(yīng)方程式為Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄+2NaOH，冷卻結(jié)晶、過濾，洗去高鐵酸鉀晶體表面的KOH和其他雜質(zhì)，得到純產(chǎn)品高鐵酸鉀．
①反應(yīng)方程式為：2Fe（NO₃）₃+3NaClO+10NaOH=2Na₂FeO₄+6NaNO₃+3NaCl+5H₂O；
②Na₂FeO₄轉(zhuǎn)化為溶解度更小的K₂FeO₄而析出；
③由操作過程可知利用重結(jié)晶進(jìn)行提純，溶解后過濾除去氫氧化鐵，加入氫氧化鉀析出高鐵酸鉀，用乙醇洗滌，洗去可溶性雜化，并減少因溶解導(dǎo)致的損失；
④FeO₄^2-具有強(qiáng)氧化性，可以氧化Cl^-；
（3）陽極是Fe失去失去電子，堿性條件下生成FeO₄^2-；
陰極室得到A溶液為NaOH溶液，可以循環(huán)利用；
（4）c（Cu²⁺）=$\frac{Ksp[Cu（OH）_{2}]}{{c}^{2}（O{H}^{-}）}$，c（Fe³⁺）=$\frac{Ksp[Fe（OH）_{3}]}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$，聯(lián)立計(jì)算．

解答 解：（1）氧化劑為KNO₃，被還原生成KNO₂，還原劑為Fe₂O₃，被氧化生成K₂FeO₄，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，則：（5-3）×n（KNO₃）=2×n（Fe₂O₃）×（6-3），可得：n（KNO₃）：n（Fe₂O₃）=3：1，
故答案為：3：1；
（2）硝酸鐵晶體在堿性條件下被次氯酸鈉氧化生成Na₂FeO₄，過濾除去雜質(zhì)NaCl、硝酸鈉，加入飽和KOH溶液后，將Na₂FeO₄轉(zhuǎn)化為溶解度更小的K₂FeO₄，反應(yīng)方程式為Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄+2NaOH，冷卻結(jié)晶、過濾，洗去高鐵酸鉀晶體表面的KOH和其他雜質(zhì)，得到純產(chǎn)品高鐵酸鉀．
①反應(yīng)方程式為：2Fe（NO₃）₃+3NaClO+10NaOH=2Na₂FeO₄+6NaNO₃+3NaCl+5H₂O，反應(yīng)離子方程式為：3ClO^-+2Fe³⁺+10OH^-═2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，
故答案為：3ClO^-+2Fe³⁺+10OH^-═2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
②該溫度下高鐵酸鉀的溶解度比高鐵酸鈉的溶解度小，加入飽和KOH溶液可以增大K⁺的濃度，減小高鐵酸鉀的溶解，促進(jìn)高鐵酸鉀晶體析出，
故答案為：該溫度下高鐵酸鉀的溶解度比高鐵酸鈉的溶解度�。�
③由操作過程可知利用重結(jié)晶進(jìn)行提純，溶解后過濾除去氫氧化鐵，加入氫氧化鉀析出高鐵酸鉀，用乙醇洗滌，洗去可溶性雜化，并減少因溶解導(dǎo)致的損失，
故答案為：重結(jié)晶；過濾；乙醇；
④FeO₄^2-具有強(qiáng)氧化性，Cl^-被FeO₄^2-氧化，消耗產(chǎn)品使產(chǎn)率降低，
故答案為：Cl^-被FeO₄^2-氧化，消耗產(chǎn)品使產(chǎn)率降低；
（3）陽極是Fe失去失去電子，堿性條件下生成FeO₄^2-，陽極電極反應(yīng)式為：Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O，
陰極室得到A溶液為NaOH溶液，可以循環(huán)利用，NaOH的電子式為：，
故答案為：Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；；
（4）溶液中c（OH^-）=10^-4 mol/L，c（Cu²⁺）=$\frac{Ksp[Cu（OH）_{2}]}{{c}^{2}（O{H}^{-}）}$，c（Fe³⁺）=$\frac{Ksp[Fe（OH）_{3}]}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$，可得溶液中c（Cu²⁺）：c（Fe³⁺）=$\frac{2.2×1{0}^{-20}}{（1{0}^{-4}）^{2}}$：$\frac{4×1{0}^{-38}}{（1{0}^{-4}）^{3}}$=5.5×10¹³：1，
故答案為：5.5×10¹³：1．

點(diǎn)評(píng) 本題考查氧化還原反應(yīng)、物質(zhì)準(zhǔn)備工藝流程、電解原理、溶度積有關(guān)計(jì)算等，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)．