Question

15．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．其生产工艺如图：

已知：①2KOH+Cl₂═KCl+KClO+H₂O（条件：温度较低）②6KOH+3Cl₂═5KCl+KClO₃+3H₂O（条件：温度较高）
回答下列问题：
（1）该生产工艺应在温度较低（填“温度较高”或“温度较低”）的情况下进行，在溶液I中加入KOH  固体的目的是与溶液Ⅰ中过量的Cl₂继续反应，生成更多的KClO，为下一步反应提供碱性环境．
（2）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2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．
（3）洗涤除去K₂FeO₄晶体表面的杂质，应选择的最佳试剂为（填代号）d．
a．水       b．KOH溶液    c．饱和K₂FeO₄溶液    d．异丙醇
（4）目前，人们针对K₂FeO₄的稳定性进行了大量的探索，并取得了一定的进展．下列物质中可能提高化合物K₂FeO₄水溶液稳定性的是（填代号）b．
a．亚硫酸钠     b．KOH  c．醋酸     d．Fe（NO₃）₂
（5）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，写出该反应的离子方程式：4FeO₄^2-+10H₂O═4Fe（OH）₃（胶体）+3O₂↑+8OH^-．
（6）请你设计一个实验，用化学方法区分KClO溶液与KClO₃溶液，写出实验简要步骤，观察到的现象和结论取样，向两溶液里滴加适量稀硫酸酸化，再滴加品红溶液，能使品红褪色的是KClO溶液．

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）由工艺流程及③可知，利用Fe（NO₃）₃与KClO制备K₂FeO₄，由信息②可知温度较高KOH与Cl₂ 反应生成的是KClO₃；根据生产工艺流程图，第①步氯气过量，第③步需要碱性条件，在溶液I中加入KOH 固体，KOH和氯气反应生成KClO，为下一步反应提供碱性环境；
（2）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；
（3）高铁酸钾在常温和干燥的条件下可以稳定的存在，但它在水溶液中因水解不稳定，据此选择洗涤试剂除去K₂FeO₄晶体；
（4）a．亚硫酸钠具有还原性，会被高铁酸钾氧化；b．根据高铁酸钾在碱性条件下生成分析；c．高铁酸钾在水溶液中不稳定，与酸反应；d．在常温和干燥的条件下，高铁酸钾可以稳定的存在，但它在水溶液中不稳定；
（5）高铁酸钾（K₂FeO₄）还原产物Fe元素为+3价，在水中形成Fe（OH）₃胶体，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；
（6）根据KClO溶液与KClO₃溶液中不同的离子为阴离子设计实验，可用次氯酸根离子的漂白性区分．

解答 解：（1）由工艺流程及③可知，利用Fe（NO₃）₃与KClO制备K₂FeO₄，由信息②可知温度较高KOH与Cl₂ 反应生成的是KClO₃．由信息①可知，在低温下KOH与Cl₂ 反应生成的是KClO．故选择低温较低，由工艺流程可知，第①步氯气过量，第③步需要碱性条件，反应液I中有过量的Cl₂反应，加KOH固体的目的是与过量的Cl₂继续反应，生成更多的KClO，为下一步反应提供反应物，
故答案为：温度较低；与溶液Ⅰ中过量的Cl₂继续反应，生成更多的KClO，为下一步反应提供碱性环境；
（2）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，
故答案为：2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
（3）a．高铁酸钾在水溶液中不稳定生成碱，所以不能水洗涤，故a错误；
b．由于是在强碱性条件下反应制得，在KOH溶液中洗涤可以提高其稳定性，但能使高铁酸钾晶体损失，故b不选；
c．饱和K₂FeO₄溶液，高铁酸钾在水溶液中不稳定水解，故c不选；
d．异丙醇为有机溶剂，能洗涤除去K₂FeO₄晶体表面的杂质，且K₂FeO₄晶体不反应不损失，故d选；
故答案为：d；
（4）a．高铁酸钾具有氧化性，亚硫酸钠具有还原性，会被高铁酸钾氧化，所以不能提高高铁酸钾的稳定性，故a错误；
b．高铁酸钾在水溶液中不稳定，由于是在强碱性条件下反应制得，在溶液中加KOH可以提高其稳定性，故b正确；
c．高铁酸钾在水溶液中不稳定生成碱，与酸反应，加速其变质，故c错误；
d．加Fe（NO₃）₃不能提高溶液的碱性，所以不能提高高铁酸钾的稳定性，故d错误；
故答案为：b；
（5）高铁酸钾（K₂FeO₄）在水中形成Fe（OH）₃胶体，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：4FeO₄^2-+10H₂O═4Fe（OH）₃（胶体）+3O₂↑+8OH^-；
（6）KClO溶液在溶液中电离出钾离子和次氯酸根离子，KClO₃在溶液中电离出氯酸根离子和钾离子，用化学方法区分KClO溶液与KClO₃溶液，可用次氯酸根离子的漂白性区分，取样，向两溶液里滴加适量稀硫酸酸化，再滴加品红溶液，能使品红褪色的是KClO溶液，
故答案为：取样，向两溶液里滴加适量稀硫酸酸化，再滴加品红溶液，能使品红褪色的是KClO溶液．

点评 本题结合高铁酸钾（K₂FeO₄）的制备主要考查了阅读题目获取信息的能力、氧化还原反应的知识、离子的检验等，需要学生具有扎实的基础知识与灵活运用知识解决问题的能力，题目难度中等．