Question

（16分）高铁酸钠（Na₂FeO₄）具有很强的氧化性，广泛应用于净水、电池工业等领域。以粗FeO(含有CuO、Al₂O₃和SiO₂等杂质)制备高铁酸钠的生产流程如下，回答下列问题：

已知：NaClO不稳定，受热易分解。
（1）粗FeO酸溶过程中通入水蒸气（高温），其目的是__________________________。
（2）操作I目的是得到高纯度FeSO₄溶液，则氧化I中反应的离子方程式为_________。
（3）本工艺中需要高浓度NaClO溶液，可用Cl₂与NaOH溶液反应制备
①Cl₂与NaOH溶液反应的离子方程式为_________________。
②在不同温度下进行该反应，反应相同一段时间后，测得生成NaClO浓度如下：

温度/℃	15	20	25	30	35	40	45
NaClO浓度/mol·L-1	4.6	5.2	5.4	5.5	4.5	3.5	2

请描述随温度变化规律________________________________________________________。
其原因为____________________________________________________________________。
（4）工业也常用电解法制备Na₂FeO₄，其原理为Fe+2OH^-+2H₂O电解FeO₄^2-+3H₂↑。请用下列材料设计电解池并在答题卡的方框内画出该装置。

可选材料：铁片、铜片、碳棒、浓NaOH溶液、浓HCl等
其阳极反应式为：________________________________。

Answer 1

（1）升高温度加快反应速率 或 增大接触面积加快反应速率 或 提高酸溶效率（2分）
（2）2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺＝2Fe³⁺+2H₂O（3分）  （3）①Cl₂+2OH^－＝Cl^－+ClO^－+H₂O（2分）
②温度小于30℃时，NaClO浓度随温度升高而增大；温度高于30℃时，NaClO浓度随温度升高而降低。（2分）温度小于30℃时，升高温度，反应速率增大；温度高于30℃时，NaClO不稳定而分解。（2分）
（4）如右图：（阴极材料可为Cu或Fe）（3分）
Fe - 6e^－+ 8OH^－ ＝FeO₄^2－+ 4H₂O（2分）

试题分析：（1）高温水蒸气可以作答固体与酸反应的接触面积，同时升高温度反应速率也加快，因此粗FeO酸溶过程中通入水蒸气（高温），其目的是升高温度加快反应速率或增大接触面积加快反应速率或提高酸溶效率。
（2）操作I目的是得到高纯度FeSO₄溶液，由于双氧水具有氧化性，能把亚铁离子氧化生成铁离子，则氧化I中反应的离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺＝2Fe³⁺+2H₂O。
（3）①Cl₂与NaOH溶液反应制备次氯酸钠的离子方程式为Cl₂+2OH^－＝Cl^－+ClO^－+H₂O。
②根据表中数据可知温度小于30℃时，NaClO浓度随温度升高而增大；温度高于30℃时，NaClO浓度随温度升高而降低。这是由于温度小于30℃时，升高温度，反应速率增大；而温度高于30℃时，NaClO不稳定而分解导致浓度降低。
（4）根据Fe+2OH^-+2H₂O电解FeO₄^2-+3H₂↑可知，铁失去电子被氧化，因此铁是阳极与电源的正极相连，而电解质溶液是碱性溶液，所以装置图可以是，其中阳极反应式为Fe - 6e^－+ 8OH^－ ＝FeO₄^2－+ 4H₂O。