Question

高铁酸钾是一种集氧化、吸附、絮凝于一体的新型多功能水处理剂．其生产工艺流程如图1：

请同答下列问题：
（l）写出向KOH溶液中通入足量Cl₂发生反应的离子方程式

 

．
（2）在溶液I中加入KOH固体的目的是

 

（填编号）．
A．为下一步反应提供碱性的环境
B．使KClO₃转化为KClO
C．与溶液I中过量的Cl₂继续反应，生成更多的KClO
D．KOH固体溶解时会放出较多的热量，有利于提高反应速率
（3）从溶液Ⅱ中分离出K₂FeO₄后，还会有副产品KNO₃，KCl，则反应③中发生的离子反应方程式为

 

．每制得59.4克K₂FeO₄，理论上消耗氧化剂的物质的量为

 

 mol．
（4）高铁酸钾（K₂FeO₄）作为水处理剂的一个优点是能与水反应生成胶体吸附杂质，配平该反应的离子方程式：

 

 FeO₄^2-+

 

 H₂O═

 

 Fe（0H）₃（胶体）+

 

O₂↑+

 

OH^-．
（5）从环境保护的角度看，制备K₂FeO₄较好的方法为电解法，其装置如图2所示．电解过程中阳极的电极反应式为

 

．
（6）高铁电池是一种新型二次电池，电解液为碱溶液，其反应式为：3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH

充电

放电

3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O，放电时电池的负极反应式为

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,氧化还原反应方程式的配平,化学电源新型电池,铁的氧化物和氢氧化物

专题：氧化还原反应专题,电化学专题

分析：足量Cl₂通入和KOH溶液中，温度低时发生反应Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O，向溶液I中加入KOH，使氯气完全反应，且将溶液转化为碱性溶液，只有碱性条件下次氯酸根离子才能和铁离子发生氧化还原反应生成高铁酸根离子，除去KCl得到碱性的KClO浓溶液，向碱性的KClO浓溶液中加入90%的Fe（NO₃）₃溶液，发生反应2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，得到溶液II，纯化得到湿产品，将湿产品洗涤、干燥得到晶体K₂FeO₄，
（1）KOH溶液和足量Cl₂发生反应生成KCl、KClO和H₂O；
（2）KOH和氯气反应生成KClO，除去未反应的氯气，且只有碱性条件下，铁离子才能和次氯酸根离子发生氧化还原反应生成高铁酸根离子；
（3）反应③中铁离子和次氯酸根粒子发生氧化还原反应生成高铁酸根离子；根据转移电子相等计算氧化剂的物质的量；
（4）该反应中Fe元素化合价由+6价变为+3价、O元素化合价由-2价变为0价，根据转移电子相等配平方程式；
（5）Na₂FeO₄能消毒、净水的原因高价铁具有氧化性，能消毒杀菌，生成Fe³⁺形成胶体，具有吸附悬浮物的净水的作用，电解时阳极Fe失电子发生氧化反应，电极反应方程式为Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O；
（6）负极上锌失电子发生氧化反应，据此书写即可．

解答： 解：足量Cl₂通入和KOH溶液中，温度低时发生反应Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O，向溶液I中加入KOH，使氯气完全反应，且将溶液转化为碱性溶液，只有碱性条件下次氯酸根离子才能和铁离子发生氧化还原反应生成高铁酸根离子，除去KCl得到碱性的KClO浓溶液，向碱性的KClO浓溶液中加入90%的Fe（NO₃）₃溶液，发生反应2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，得到溶液II，纯化得到湿产品，将湿产品洗涤、干燥得到晶体K₂FeO₄，
（1）KOH溶液和足量Cl₂发生反应生成KCl、KClO和H₂O，离子方程式为Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O，故答案为：Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O；
（2）KOH和氯气反应生成KClO，除去未反应的氯气，且只有碱性条件下，铁离子才能和次氯酸根离子发生氧化还原反应生成高铁酸根离子，所以加入KOH的目的是除去氯气且使溶液为碱性，故选AC；
（3）反应③中铁离子和次氯酸根粒子发生氧化还原反应生成高铁酸根离子，离子方程式为2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
n（K₂FeO₄）=

59.4g

198g/mol

=0.3mol，根据2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O知，氧化剂的物质的量=

0.3mol

2

×3=0.45mol，故答案为：2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；0.45；
（4）该反应中Fe元素化合价由+6价变为+3价、O元素化合价由-2价变为0价，其转移电子数为6，根据转移电子相等、电荷守恒配平方程式为4FeO₄^2-+10H₂O=2Fe（OH）₃（胶体）+3O₂↑+8OH^-，故答案为：4；10；4；3；8；
（5）Na₂FeO₄能消毒、净水的原因高价铁具有氧化性，能消毒杀菌，生成Fe³⁺形成胶体，具有吸附悬浮物的净水的作用，电解时阳极Fe失电子发生氧化反应，电极反应方程式为Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O；
故答案为：Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O；
（6）该原电池放电时，负极上锌失电子和氢氧根离子反应生成氢氧化锌，电极反应式为：Zn+2OH^--2e^-=Zn（OH）₂，充电时，氢氧根离子参加反应生成水，所以随着反应的进行，氢氧根离子浓度减小，溶液的pH减小，故答案为：Zn+2OH^--2e^-=Zn（OH）₂．

点评：本题考查物质的分离和提纯，侧重考查学生分析、计算能力和思维的缜密性，涉及氧化还原反应方程式的配平、离子方程式的书写，会从整体上分析物质分离流程，知道每一步发生的反应及基本操作，题目难度不大．