Question

20．高铁酸钾（K₂FeO₄）是一种集氧化、吸附、絮凝于一体的新型多功能水处理剂．高铁酸钾为暗红色粉末状晶体，干燥的晶体80℃以下十分稳定，它极易溶于水，难溶于异丙醇．实验室模拟生产工艺流程如图1：

已知：①2KOH+Cl₂=KCl+KClO+H₂O（条件：较低温度）
②6KOH+3Cl₂=5KCl+KClO₃+3H₂O（条件：较高温度）
③K₂FeO₄ 在水溶液中易水解：4FeO₄^2-+10H₂O?4Fe（OH）₃（胶体）+8OH^-+3O₂↑
回答下列问题：
实验室可利用如图2装置完成流程①和②
（1）仪器a的名称是三颈烧瓶，恒压滴液漏斗支管的作用是平衡压强，两水槽中的水为冷水（填“热水”或“冷水”）．
（2）反应一段时间后，停止通氯气，再往仪器a中加入浓KOH溶液的目的是与过量的Cl₂继续反应，生成更多的KClO；判断浓KOH溶液已过量的实验依据是三颈烧瓶内颜色彻底变成无色后，再加适量的浓氢氧化钾．
（3）从溶液Ⅱ中分离出K₂FeO₄后，还会有副产品KNO₃、KCl，则反应③中发生的离子方程式为：2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．
（4）用重结晶法提纯粗产品：将粗产品先用KOH稀溶液溶解，再加入饱和的KOH溶液，冷却结晶，过滤，用少量异丙醇洗涤，最后低温真空干燥．
 ①粗产品用KOH溶解的目的是增大氢氧根离子的浓度，抑制FeO₄^2-的水解．
②如何判断K₂FeO₄晶体已经洗涤干净用试管取少量最后一次的洗涤液，加入硝酸酸化的硝酸银溶液，若无白色沉淀则已被洗净．
（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3．电解过程中阳极的电极反应式为Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O．

Answer 1

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）根据常用仪器的名称和用途解答；恒压滴液漏斗漏斗支管可以平衡内外压强，使液体顺利滴下；足量Cl₂通入和KOH溶液中，温度低时发生反应生成次氯酸根离子；
（2）KOH和氯气在低温下反应生成KClO，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，再往仪器a中加入浓KOH溶液的目的是与过量的Cl₂继续反应，生成更多的KClO，氯气为黄绿色气体，判断浓KOH溶液已过量三颈烧瓶内颜色彻底变成无色后，再加适量的浓氢氧化钾；
（3）根据题目信息、氧化还原反应中化合价发生变化确定产物以及电子得失守恒和质量守恒来配平；
（4）①加入饱和KOH溶液可以增大氢氧根离子的浓度，使平衡向左移动；
②只要检验最后一次的洗涤中无Cl^-，即可证明K₂FeO₄晶体已经洗涤干净；
（5）用电解法制备铁酸钠，电解时铁失去电子发生氧化反应结合氢氧根离子生成铁酸跟离子和水．

解答 解：（1）仪器a属于烧瓶，具有三个口，名称是三颈烧瓶，恒压滴液漏斗上部和三颈烧瓶气压相通，可以保证恒压滴液漏斗中的液体顺利滴下，2KOH+Cl₂=KCl+KClO+H₂O（条件：较低温度），所以两水槽中的水为冷水，
故答案为：三颈烧瓶；平衡压强；冷水；
（2）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，KOH和氯气反应生成KClO，所以加入KOH的目的是除去氯气且使溶液为后一步反应提供碱性，氯气为黄绿色气体，判断浓KOH溶液已过量三颈烧瓶内颜色彻底变成无色后，再加适量的浓氢氧化钾，
故答案为：与过量的Cl₂继续反应，生成更多的KClO；三颈烧瓶内颜色彻底变成无色后，再加适量的浓氢氧化钾；
（3）据题目信息和氧化还原反应中化合价发生变化确定找出反应物：Fe³⁺、ClO^-，生成物：FeO₄^2-、Cl^-，根据电子得失守恒和质量守恒来配平，Fe³⁺、ClO^-，生成物：FeO₄^2-、Cl^-，根据电子得失守恒：Fe（+3→+6），Cl（+1→-1），最小公倍数为6，所以Fe³⁺、FeO₄^2-前系数都为2，ClO^-、Cl^-，前系数都为3，结合质量守恒和电荷守恒可得2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，
故答案为：2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
（4）①K₂FeO₄ 在水溶液中易水解：4FeO₄^2-+10H₂O?4Fe（OH）₃（胶体）+8OH^-+3O₂↑，加入饱和KOH溶液可以增大氢氧根离子的浓度，使平衡向左移动，抑制FeO₄^2-的水解，
故答案为：增大氢氧根离子的浓度，抑制FeO₄^2-的水解；
②K₂FeO₄晶体表面若含有杂质离子为氯离子，所以只要检验最后一次的洗涤中无Cl^-，即可证明晶体已经洗涤干净，
故答案为：用试管取少量最后一次的洗涤液，加入硝酸酸化的硝酸银溶液，若无白色沉淀则已被洗净；
（5）用铁做阳极电解氢氧化钠制备铁酸钠，电解时铁失去电子发生氧化反应结合氢氧根离子生成铁酸跟离子和水，电极反应式为：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O，
故答案为：Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O．

点评 本题结合高铁酸钾（K₂FeO₄）的制备主要考查了氧化还原反应的知识、离子的检验等，侧重考查学生分析能力、知识迁移运用能力，题目难度中等．培养了学生运用知识的能力．