Question

17．高铁酸钾是一种高效净水剂，具有强氧化性，能杀菌、消毒．在能源、环保等方面有着广泛的用途．湿法、干法制备高铁酸盐的原理如表所示：

湿法	强碱性介质中，Fe（NO3）3与NaClO反应生成紫红色高铁酸盐溶液
干法	Fe2O3、KNO3、KOH混合加热共熔生成紫红色高铁酸盐和KNO2等产物

（1）工业上用湿法制备高铁酸钾（K₂FeO₄）的流程如图所示：

①洗涤粗品时选用异丙醇而不用水的理由是：减少高铁酸钾的溶解损失．
②反应Ⅰ的离子方程式为Cl₂+20H^-=Cl^-+ClO^-+H₂O．
③反应Ⅱ中氧化剂与还原剂之比为3：2．
④已知25℃时Fe（OH）₃的Ksp=4.0×10^-38，反应Ⅱ后的溶液中c（Fe³⁺）=4.0×10^-5 mol/L，则需要调整pH=3时，开始生成Fe（OH）₃（不考虑溶液体积的变化）．
（2）由流程图可见，湿法制备高铁酸钾时，需先制得高铁酸钠，然后再向高铁酸钠中加入饱和KOH溶液，即可析出高铁酸钾．
①加入饱和KOH溶液的目的是：增大K⁺浓度，促进高铁酸钾晶体析出．
②由以上信息可知：高铁酸钾的溶解度比高铁酸钠小（填“大”或“小”）．
（3）请写出干法制备K₂FeO₄的化学反应方程式Fe₂O₃+3KNO₃+4KOH=2K₂FeO₄+3KNO₂+2H₂O．

Answer 1

分析 反应Ⅰ：2NaOH+Cl₂═NaCl+NaClO+H₂O，反应Ⅱ：3ClO^-+10OH^-+2Fe³⁺=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，加入饱和KOH溶液可以增大K⁺浓度，促进K₂FeO₄晶体析出．
（1）①高铁酸钾溶于水，不溶于异丙醇，减少产品的损耗；
②根据物质的性质写出反应的化学方程式，氯气和氢氧化钠溶液反应生成氯化钠，次氯酸钠和水；
③反应Ⅱ是次氯酸根离子在碱溶液中把铁离子氧化为高铁酸根离子；
④依据溶度积常数和铁离子浓度计算氢氧根离子浓度，结合离子积常数计算氢离子浓度得到铁离子沉淀的PH；
（2）①加入饱和KOH溶液增大反应物的浓度，使平衡右移；
②湿法制备高铁酸钾时，需先制得高铁酸钠，然后再向高铁酸钠中加入饱和KOH溶液，即可析出高铁酸钾，说明高铁酸钾溶解度小；
（3）根据含元素化合价升高的物质为还原剂，含元素化合价降低的物质为氧化剂，氧化铁、硝酸钾在氢氧化钾溶液中发生氧化还原反应生成K₂FeO₄、KNO₂、和H₂O．

解答 解：反应Ⅰ：2NaOH+Cl₂═NaCl+NaClO+H₂O，反应Ⅱ：3ClO^-+10OH^-+2Fe³⁺=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，加入饱和KOH溶液可以增大K⁺浓度，促进K₂FeO₄晶体析出．
（1）①洗涤粗品时选用异丙醇而不用水的理由是，高铁酸钾易溶于水，难溶于异丙醇，可以减少高铁酸钾的损耗，故答案为：减少高铁酸钾的溶解损失；
②氯气和氢氧化钠溶液反应生成氯化钠，次氯酸钠和水，反应的离子方程式为Cl₂+20H^-=Cl^-+ClO^-+H₂O，故答案为：Cl₂+20H^-=Cl^-+ClO^-+H₂O；
③ClO^-在碱性条件下可将Fe³⁺氧化为FeO₄^2-，反应方程式为，3ClO^-+10OH^-+2Fe³⁺=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，反应中氧化剂与还原剂之比为3：2，
故答案为：3：2；
④25℃时Fe（OH）₃的Ksp=4.0×10^-38，反应Ⅱ后的溶液中c（Fe³⁺）=4.0×10^-5mol/L，Ksp=c（Fe³⁺）×c³（OH^-），c³（OH^-）=$\frac{4.0×1{0}^{-38}}{4.0×1{0}^{-5}}$=10^-33；c（OH^-）=10^-11mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-11}}$=10^-3mol/L，铁离子沉淀的溶液pH=3，
故答案为：3；
（2）①加入饱和KOH溶液增大反应物K⁺的浓度，使平衡右移，促进K₂FeO₄晶体析出，故答案为：增大K⁺浓度，促进K₂FeO₄晶体析出；
②流程分析可知，湿法制备高铁酸钾时，需先制得高铁酸钠，然后再向高铁酸钠中加入饱和KOH溶液，即可析出高铁酸钾，说明高铁酸钠溶解度大于高铁酸钾溶解度，高铁酸钾的溶解度比高铁酸钠小，故答案为：小；
（3）干法制备K₂FeO₄的化学反应为氧化铁、硝酸钾在氢氧化钾溶液中发生氧化还原反应，氮元素的化合价降低，铁元素的化合价升高，则KNO₃为氧化剂，Fe₂O₃为还原剂，化学方程式为：Fe₂O₃+3KNO₃+4KOH═2K₂FeO₄+3KNO₂+2H₂O，
故答案为：Fe₂O₃+3KNO₃+4KOH=2K₂FeO₄+3KNO₂+2H₂O．

点评 本题考查氧化还原反应，离子方程式、原电池电极反应的书写，化学平衡的移动，明确利用元素的化合价变化来分析氧化剂、还原剂时解答的关键，题目难度中等．