Question

7．研究鐵及其化合物對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)具有重要意義．
（1）Fe₂（SO₄）₃和明礬一樣也具有凈水作用，其凈水的原理是Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃（膠體）+3H⁺（用離子方程式表示）．
（2）高鐵酸鉀（K₂FeO₄）是一種新型的水處理劑．已知高鐵酸鹽熱穩(wěn)定性差，工業(yè)上用濕法制備高鐵酸鉀的基本流程如圖1所示：

①反應(yīng)②氧化過程所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，在生產(chǎn)中一般控制反應(yīng)溫度30℃以下，其原因是：防止生成的高鐵酸鈉發(fā)生分解．
②反應(yīng)③中加入濃KOH溶液可析出高鐵酸鉀（K₂FeO₄），這說明該溫度下，高鐵酸鉀的溶解度比高鐵酸鈉的溶解度�。�
③在提純K₂FeO₄中采用重結(jié)晶、過濾、洗滌、低溫烘干的方法，洗滌濾渣的方法是用玻璃棒將蒸餾水引流至過濾裝置中，讓蒸餾水浸沒沉淀，使水自然流下，重復(fù)操作2～3次_．．
④若某溫度下，將Cl₂通入NaOH溶液中得到NaCl、NaClO、NaClO₃的混合溶液，經(jīng)測(cè)定溶液中ClO^-與ClO₃^-的物質(zhì)的量之比是1：2，則Cl₂與氫氧化鈉反應(yīng)時(shí)，被還原的氯元素和被氧化的氯元素的物質(zhì)的量之比為11：3．
（3）工業(yè)上還可用通過電解濃NaOH溶液制備Na₂FeO₄，其工作原理如圖2所示：陽極的電極反應(yīng)式為Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O；其中可循環(huán)使用的物質(zhì)是NaOH溶液．（填化學(xué)式）

Answer 1

分析 （1）三價(jià)鐵離子水解產(chǎn)生氫氧化鐵膠體，膠體表面積大，吸附能力強(qiáng)，達(dá)到凈水目的；
（2）①氯氣與氫氧化鈉反應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)氧化劑次氯酸鈉，硝酸鐵水解產(chǎn)生氫氧化鐵膠體，次氯酸鈉將氫氧化鐵氧化成高鐵酸鈉，據(jù)此寫出氧化過程的離子方程式；已知高鐵酸鹽熱穩(wěn)定性差，在實(shí)際生產(chǎn)中一般控制反應(yīng)溫度30℃以下，其原因是防止生成的高鐵酸鈉發(fā)生分解；
②加入濃KOH溶液可析出高鐵酸鉀（K₂FeO₄），說明該溫度下，高鐵酸鉀的溶解度比高鐵酸鈉的溶解度小；
③洗滌濾渣的方法是，將濾渣放在過濾裝置中，用玻璃棒將蒸餾水引流至過濾裝置中，讓蒸餾水浸沒沉淀，使水自然流下，重復(fù)操作2～3 次；
④Cl₂生成ClO^-、ClO₃^-化合價(jià)升高，是被氧化的過程，而Cl₂生成NaCl是化合價(jià)降低被還原的過程，氧化還原反應(yīng)中氧化劑和還原劑之間得失電子數(shù)目相等，據(jù)ClO^-與ClO₃^-的物質(zhì)的量濃度之比可計(jì)算出失去電子的總物質(zhì)的量，進(jìn)而可計(jì)算得到電子的總物質(zhì)的量；再根據(jù)氯元素被還原生成KCl的化合價(jià)變化為1計(jì)算出被還原的氯元素的物質(zhì)的量，最后計(jì)算出被還原的氯元素和被氧化的氯元素的物質(zhì)的量之比；
（3）依據(jù)陽極是鐵，故陽極上鐵放電生成FeO₄^2-結(jié)合堿性環(huán)境來寫出電極方程式；根據(jù)OH^-在陽極被消耗，而在陰極會(huì)生成來分析．

解答 解：（1）三價(jià)鐵離子水解產(chǎn)生氫氧化鐵膠體，離子方程式為：Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃（膠體）+3H⁺，膠體表面積大，吸附能力強(qiáng)，達(dá)到凈水目的，
故答案為：Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃（膠體）+3H⁺；
（2）①氯氣與氫氧化鈉反應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)氧化劑次氯酸鈉，硝酸鐵水解產(chǎn)生氫氧化鐵膠體，次氯酸鈉將氫氧化鐵氧化成高鐵酸鈉，離子方程式為：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；已知高鐵酸鹽熱穩(wěn)定性差，在實(shí)際生產(chǎn)中一般控制反應(yīng)溫度30℃以下，其原因是防止生成的高鐵酸鈉發(fā)生分解，
故答案為：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；防止生成的高鐵酸鈉發(fā)生分解；
②加入濃KOH溶液可析出高鐵酸鉀（K₂FeO₄），說明該溫度下，高鐵酸鉀的溶解度比高鐵酸鈉的溶解度小，
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小；
③洗滌濾渣的方法是，將濾渣放在過濾裝置中，用玻璃棒將蒸餾水引流至過濾裝置中，讓蒸餾水浸沒沉淀，使水自然流下，重復(fù)操作2～3 次，
故答案為：用玻璃棒將蒸餾水引流至過濾裝置中，讓蒸餾水浸沒沉淀，使水自然流下，重復(fù)操作2～3 次；
④Cl₂生成ClO^-與ClO₃^-是被氧化的過程，化合價(jià)分別由0價(jià)升高為+1價(jià)和+5價(jià)，
經(jīng)測(cè)定ClO^-和ClO₃^-物質(zhì)的量之比為1：2，
則可設(shè)ClO^-為1mol，ClO₃^-為2mol，被氧化的氯元素的物質(zhì)的量為：1mol+2mol=3mol，
根據(jù)化合價(jià)變化可知，反應(yīng)中失去電子的總物質(zhì)的量為：1mol×（1-0）+2mol×（5-0）=11mol，
氧化還原反應(yīng)中得失電子數(shù)目一定相等，則該反應(yīng)中失去電子的物質(zhì)的量也是11mol，
Cl₂生成KCl是被還原的過程，化合價(jià)由0價(jià)降低為-1價(jià)，
則被還原的Cl的物質(zhì)的量為：$\frac{11mol}{1-0}$=11mol，
所以被還原的氯元素和被氧化的氯元素的物質(zhì)的量之比為11mol：3mol=11：3，
故答案為：11：3；
（3）陽極是鐵，故陽極上鐵放電生成FeO₄^2-，由于是堿性環(huán)境，故電極方程式為：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O，
在電解時(shí)，水電離的H⁺在陰極放電：2H⁺+2e^-=H₂↑，c（OH^-）增大，Na⁺通過陽離子交換膜進(jìn)入陰極區(qū)，使陰極區(qū)c（NaOH）增大，故NaOH可以循環(huán)使用，
故答案為：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O；NaOH溶液．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了三價(jià)鐵離子與Na₂FeO₄的凈水原理，涉及難溶電解質(zhì)的計(jì)算、氧化還原反應(yīng)方程的書寫、計(jì)算、電極反應(yīng)的書寫，綜合性強(qiáng)，有一定難度，Na₂FeO₄的凈水是�？键c(diǎn)，應(yīng)注意歸納總結(jié)．