Question

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

已知K₂FeO₄具有下列性質(zhì)：
①可溶于水、微溶于濃KOH溶液
②在0℃～5℃、強堿性溶液中比較穩(wěn)定
③在Fe³⁺和Fe（OH）₃催化作用下發(fā)生分解
④在酸性至弱堿性條件下，能與水反應(yīng)生成Fe（OH）₃和O₂
請完成下列填空：
（1）已知Cl₂與KOH在較高溫度下反應(yīng)生成KClO₃．在不改變KOH溶液的濃度和體積的條件下，生產(chǎn)KClO應(yīng)在溫度較低的情況下進(jìn)行（填“較高”或“較低”）；
（2）生產(chǎn)K₂FeO₄的反應(yīng)原理是：Fe（NO₃）₃+KClO+KOH→K₂FeO₄+KNO₃+KCl+H₂O（未配平）
則該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為3：2；
（3）K₂FeO₄在弱堿性條件下能與水反應(yīng)生成Fe（OH）₃和O₂，則該反應(yīng)的化學(xué)方程式為4K₂FeO₄+10H₂O=8KOH+4Fe（OH）₃↓+3O₂↑．
（4）在“反應(yīng)液I”中加KOH固體的目的是AB；
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固體溶解時會放出較多的熱量，有利于提高反應(yīng)速率
D．使副產(chǎn)物KClO₃轉(zhuǎn)化為KCl
（5）制備K₂FeO₄時，須將90%的Fe（NO₃）₃溶液緩慢滴加到堿性的KClO濃溶液中，并且不斷攪拌．采用這種混合方式的原因是減少K₂FeO₄在過量Fe³⁺作用下的分解（答出1條即可）．
（6）從“反應(yīng)液Ⅱ”中分離出K₂FeO₄晶體后，可以得到的副產(chǎn)品有KNO₃、KCl（寫化學(xué)式）．
（7）工業(yè)上常用“間接碘量法”測定高鐵酸鉀樣品中高鐵酸鉀的含量，其方法是：用堿性的碘化鉀溶液（pH為11～12）溶解3.96g高鐵酸鉀樣品，調(diào)節(jié)pH為1，避光放置40分鐘至反應(yīng)完全（高鐵酸根離子全部被還原成鐵離子），再調(diào)節(jié)pH為3～4（弱酸性），用1.0mol/L的硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液作為滴定劑進(jìn)行滴定（2Na₂S₂O₃+I₂=Na₂S₄O₆+2NaI ），當(dāng)達(dá)到滴定終點時，用去硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液15.00mL，則原高鐵酸鉀樣品中高鐵酸鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%．

Answer 1

分析 足量Cl₂通入和KOH溶液中，溫度低時發(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）利用Fe（NO₃）₃與KClO制備K₂FeO₄，由信息可知溫度較高KOH與Cl₂ 反應(yīng)生成的是KClO₃；
（2）根據(jù)電子守恒計算；
（3）K₂FeO₄在弱堿性條件下能與水反應(yīng)生成Fe（OH）₃和O₂，利用元素守恒可寫出化學(xué)方程式；
（4）根據(jù)生產(chǎn)工藝流程圖，反應(yīng)①中氯氣過量，過量的Cl₂與KOH繼續(xù)反應(yīng)，生成更多的KClO；
（5）由信息可知，K₂FeO₄在Fe³⁺和Fe（OH）₃催化作用下發(fā)生分解；
（6）根據(jù)生產(chǎn)工藝流程圖，利用元素守恒可知，硝酸鐵與次氯酸鉀在堿性條件下反應(yīng)得溶液II中含有高鐵酸鉀、硝酸鉀和氯化鉀；
（7）用堿性的碘化鉀溶液溶解高鐵酸鉀樣品，調(diào)節(jié)pH為1，高鐵酸根與碘離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，高鐵酸根離子全部被還原成鐵離子，碘離子被氧化成碘，根據(jù)電子得失守恒有關(guān)系2FeO₄^2-～3I₂，再根據(jù)反應(yīng)2Na₂S₂O₃+I₂═Na₂S₄O₆+2NaI，利用硫代硫酸鈉的物質(zhì)的量可計算得高鐵酸鉀的質(zhì)量，進(jìn)而確定質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：足量Cl₂通入和KOH溶液中，溫度低時發(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）由工藝流程可知，利用Fe（NO₃）₃與KClO制備K₂FeO₄，由信息可知溫度較高KOH與Cl₂ 反應(yīng)生成的是KClO₃，在低溫下KOH與Cl₂ 反應(yīng)生成的是KClO．選擇低溫較低，
故答案為：較低；
（2）生產(chǎn)K₂FeO₄的反應(yīng)原理是：Fe（NO₃）₃+KClO+KOH→K₂FeO₄+KNO₃+KCl+H₂O（未配平），F(xiàn)e（NO₃）₃為還原劑，KClO為氧化劑，由得失電子守恒可知，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為3：2，
故答案為：3：2；
（3）K₂FeO₄在弱堿性條件下能與水反應(yīng)生成Fe（OH）₃和O₂，反應(yīng)的化學(xué)方程式為4K₂FeO₄+10H₂O=8KOH+4Fe（OH）₃↓+3O₂↑，
故答案為：4K₂FeO₄+10H₂O=8KOH+4Fe（OH）₃↓+3O₂↑；
（4）A．Fe（NO₃）₃與KClO反應(yīng)時，要消耗KOH，故A正確；
B．根據(jù)生產(chǎn)工藝流程圖，第①步氯氣過量，加入KOH固體后會繼續(xù)反應(yīng)生成KClO，故B正確；
C．因溫度較高時KOH 與Cl₂ 反應(yīng)生成的是KClO₃，而不是KClO，故C錯誤；
D．KClO₃轉(zhuǎn)化為 KCl，化合價只降不升，不符合氧化還原反應(yīng)原理，故D錯誤；
故答案為：AB；
（5）信息可知，K₂FeO₄在Fe³⁺和Fe（OH）₃催化作用下發(fā)生分解，將90%的Fe（NO₃）₃溶液緩慢滴加到堿性的KClO濃溶液中，并且不斷攪拌，可以減少K₂FeO₄在過量Fe³⁺作用下的分解；
故答案為：減少K₂FeO₄在過量Fe³⁺作用下的分解；
（6）根據(jù)生產(chǎn)工藝流程圖，利用元素守恒可知，硝酸鐵與次氯酸鉀在堿性條件下反應(yīng)得溶液II中含有高鐵酸鉀、硝酸鉀和氯化鉀，所以從溶液II中分離出K₂FeO₄后，同時得到副產(chǎn)品有KCl、KNO₃；
故答案為：KCl、KNO₃；
（7）用堿性的碘化鉀溶液溶解高鐵酸鉀樣品，調(diào)節(jié)pH為1，高鐵酸根與碘離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，高鐵酸根離子全部被還原成鐵離子，碘離子被氧化成碘，根據(jù)電子得失守恒有關(guān)系2FeO₄^2-～3I₂，再根據(jù)反應(yīng)2Na₂S₂O₃+I₂═Na₂S₄O₆+2NaI，得關(guān)系式2FeO₄^2-～3I₂～6Na₂S₂O₃，所以高鐵酸鉀的質(zhì)量為$\frac{1}{3}$×1.0mol/L×0.015L×198g/mol=0.99g，則原高鐵酸鉀樣品中高鐵酸鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{0.99g}{3.96g}$×100%=25%，
故答案為：25%．

點評 本題考查實驗制備方案、氧化還原反應(yīng)滴定及計算、物質(zhì)的分離提純、對條件與操作的分析評價，是對學(xué)生綜合能力的考查，注意題目信息的遷移運用，難度中等．