Question

2．高铁酸钾（K₂FeO₄）是一种新型净水剂，它具有去除水中有机物、藻类及重金属等多种功能．查阅资料可知高铁酸钾为暗紫色固体，可溶于水，80℃以下比较稳定，在中性或酸性溶液中逐渐分解，在碱性溶液中稳定．下面是两种常见的制取高铁酸钾的方法：
方法一：湿法（次氯酸盐氧化法）
其工艺流程如图所示：

（1）氧化过程中反应的离子方程式为2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．
（2）结晶过程中加入浓KOH溶液的作用是增大K⁺的浓度，促进K₂FeO₄晶体析出．
（3）为了提高生产效益，减少废液排放，处理滤液2的最好措施是向滤液2中通入氯气，制取高浓度的KClO溶液．
（4）上述工艺得到的高铁酸钾常含有杂质，可用重结晶法提纯，操作时：将粗产品用烯KOH溶液溶解，然后加入饱和KOH溶液、冷却结晶、过滤，最后用异丙醇洗涤，真空干燥．
方法二：干法（高温熔融氧化法）
将过氧化钠和无水硫酸亚铁在铁坩埚中用酒精灯加热制得Na₂FeO₄； 控制温度在30℃以下，向溶液中加入KOH至饱和，使高铁酸钾析出．
（5）写出高铁酸钾析出反应的化学方程式：Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄+2NaOH．
（6）制取高铁酸钠的主要反应为：2FeSO₄+aNa₂O₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Na₂FeO₄+bX+2Na₂SO₄+cO₂↑该反应中物质X应该是Na₂O，a=6．

Answer 1

分析 （1）反应中KClO是氧化剂，氧化产物是K₂FeO₄，还原产物是KCl，还原剂是Fe（OH）₃，根据得失电子守恒、电荷守恒、原子守恒配平书写；
（2）反应液本身显碱性，可见加入浓KOH溶液的目的不是增强高铁酸钾的稳定性，而是增大K⁺浓度，促进K₂FeO₄晶体析出；
（3）滤液2的溶质主要成分是KOH、KClO，循环利用是提高生产效益、减少废液排放的首选措施；
（4）因为K₂FeO₄在酸性或中性溶液中能分解，所以需要将K₂FeO₄粗产品在稀KOH溶液中溶解，然后加入饱和KOH溶液，冷却结晶，过滤；
（5）加入KOH溶液后，将Na₂FeO₄转化为溶解度更小的K₂FeO₄；
（6）反应中铁由+2价升高到+6价，过氧化钠中的部分氧由-1价升高到0价，根据氧化还原反应中元素化合价升降规律，过氧化钠中的另一部分氧一定会由-1价降低到-2价，反应中硫、铁原子已经守恒，故X只能为Na₂O．

解答 解：（1）反应中KClO是氧化剂，氧化产物是K₂FeO₄，还原产物是KCl，还原剂是Fe（OH）₃，根据得失电子守恒可得：2Fe（OH）₃+3ClO^-→2FeO₄^2-+3Cl^-，根据电荷守恒可得2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-→2FeO₄^2-+3Cl^-，最后根据原子守恒可得：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，
故答案为：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
（2）反应液本身显碱性，可见加入浓KOH溶液的目的不是增强高铁酸钾的稳定性，而是增大K⁺浓度，促进K₂FeO₄晶体析出，
故答案为：增大K⁺的浓度，促进K₂FeO₄晶体析出；
（3）滤液2的溶质主要成分是KOH、KClO，向滤液2中通入氯气，制取高浓度的KClO溶液，进行循环利用，
故答案为：向滤液2中通入氯气，制取高浓度的KClO溶液；
（4）因为K₂FeO₄在酸性或中性溶液中能分解，所以需要将K₂FeO₄粗产品在稀KOH溶液中溶解，然后加入饱和KOH溶液，冷却结晶，过滤，最后用异丙醇洗涤，真空干燥，
故答案为：加入饱和KOH溶液、冷却结晶、过滤；
（5）加入KOH溶液后，将Na₂FeO₄转化为溶解度更小的K₂FeO₄，反应方程式为：Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄+2NaOH，
故答案为：Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄+2NaOH；
（6）反应中铁由+2价升高到+6价，过氧化钠中的部分氧由-1价升高到0价，根据氧化还原反应中元素化合价升降规律，过氧化钠中的另一部分氧一定会由-1价降低到-2价，反应中硫、铁原子已经守恒，故X只能为Na₂O，配平后方程式为：2FeSO₄+6Na₂O₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Na₂FeO₄+2Na₂O+2Na₂SO₄+O₂↑，故a=6，
故答案为：Na₂O；6．

点评 本题主要考查化学工艺流程分析，意在考查考生对已学知识的掌握、理解、迁移、转化、重组和解决实际问题的能力．