Question

8．高铁酸钾（K₂FeO₄）是一种集强氧化性、吸附、絮凝于一体的新型多功能水处理剂．其生产工艺如下：
已知K₂FeO₄具有下列性质：
①可溶于水、微溶于浓KOH溶液
②在0℃～5℃、强碱性溶液中比较稳定 
③在Fe³⁺和Fe（OH）₃催化作用下发生分解 
④在酸性至弱碱性条件下，能与水反应生成Fe（OH）₃和O₂
请完成下列填空：
（1）已知Cl₂与KOH在较高温度下反应生成的是KClO₃．在不改变KOH溶液的浓度和体积的条件下，生产KClO应在温度较低的情况下进行（填“较高”或“较低”）；
（2）生产K₂FeO₄的反应原理是：Fe（NO₃）₃+KaClO+KOH→K₂FeO₄+KNO₃+KCl+H₂O（未配平） 则该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为3：2； 
（3）K₂FeO₄在弱碱性条件下能与水反应生成Fe（OH）₃和O₂，则该反应的化学方程式为：4K₂FeO₄+10H₂O=8KOH+4Fe（OH）₃↓+3O₂↑．
（4）在“反应液I”中加KOH固体的目的是AB．
A．为下一步反应提供反应物 
B．与“反应液I”中过量的Cl₂继续反应，生成更多的KClO 
C．KOH固体溶解时会放出较多的热量，有利于提高反应速率
D．使副产物KClO₃转化为KCl
（5）制备K₂FeO₄时，须将90%的Fe（NO₃）₃溶液缓慢滴加到碱性的KClO浓溶液中，并且不断搅拌．采用这种混合方式的原因是减少K₂FeO₄在过量Fe³⁺作用下的分解（或K₂FeO₄在低温、强碱性溶液中比较稳定等）（答出1条即可）．
（6）从“反应液Ⅱ”中分离出K₂FeO₄晶体后，可以得到的副产品有KNO₃、KCl（写化学式）．
（7）工业上常用“间接碘量法”测定高铁酸钾样品中高铁酸钾的含量，其方法是：用碱性的碘化钾溶液（pH为11～12）溶解3.96g高铁酸钾样品，调节pH为1，避光放置40分钟至反应完全（高铁酸根离子全部被还原成铁离子），再调节pH为3～4（弱酸性），用1.0mol/L的硫代硫酸钠标准溶液作为滴定剂进行滴定（2Na₂S₂O₃+I₂═Na₂S₄O₆+2NaI），当达到滴定终点时，用去硫代硫酸钠标准溶液15.00mL．则原高铁酸钾样品中高铁酸钾的质量分数为25%．

Answer 1

分析 氢氧化钾溶液中充入足量氯气，在温度较低的条件下反应生成氯化钾、次氯酸钾和水，加入氢氧化钾固体除去KCl，得到碱性KClO的浓溶液，加入90%硝酸铁溶液发生反应生成高铁酸钾溶液Ⅱ纯化得到湿产品，洗涤干燥得到K₂FeO₄晶体；
（1）温度较高KOH与Cl₂ 反应生成的是KClO₃；
（2）根据化合价升降法配平化学方程式，铁元素从+3价升到+6价，氯元素从+1价降到-1价，根据化合价升降法及元素守恒可知反应方程式为：2Fe（NO₃）₃+3KClO+10KOH→2K₂FeO₄+6KNO₃+3KCl+5H₂O，Fe元素化合价升高，化合价由+3价升高到+6价，被氧化，氯元素从+1价降到-1价，结合方程式判断；
（3）根据元素守恒和电子得失守恒可写出K₂FeO₄在弱碱性条件下与水反应生成Fe（OH）₃和O₂的化学方程式；
（4）由工艺流程可知，反应液I中有过量的Cl₂反应，生成更多的KClO；
（5）K₂FeO₄在低温、强碱性溶液中比较稳定；
（6）从“反应液II”中分离出K₂FeO₄后，会有副产品KNO₃、KCl；
（7）用碱性的碘化钾溶液溶解高铁酸钾样品，调节pH为1，高铁酸根与碘离子发生氧化还原反应，高铁酸根离子全部被还原成铁离子，碘离子被氧化成碘，根据电子得失守恒有关系2FeO₄^2-～3I₂，再根据反应2Na₂S₂O₃+I₂═Na₂S₄O₆+2NaI，利用硫代硫酸钠的物质的量可计算得高铁酸钾的质量，进而确定质量分数．

解答 解：（1）温度较高KOH与Cl₂ 反应生成的是KClO₃，在低温下KOH与Cl₂ 反应生成的是KClO．故选择低温较低，故答案为：较低；
（2）根据化合价升降法配平化学方程式，铁元素从+3价升到+6价，氯元素从+1价降到-1价，根据化合价升降法及元素守恒可知反应方程式为：2Fe（NO₃）₃+3KClO+10KOH→2K₂FeO₄+6KNO₃+3KCl+5H₂O，Fe元素化合价升高，化合价由+3价升高到+6价，被氧化，氯元素从+1价降到-1价，氧化剂与还原剂的物质的量之比为3：2，故答案为：3：2；
（3）K₂FeO₄在弱碱性条件下与水反应生成Fe（OH）₃和O₂的化学方程式为4K₂FeO₄+10H₂O=8KOH+4Fe（OH）₃↓+3O₂↑，
故答案为：4K₂FeO₄+10H₂O=8KOH+4Fe（OH）₃↓+3O₂↑；
（4）由工艺流程可知，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．
A．由工艺流程及③可知，利用Fe（NO₃）₃与KClO制备K₂FeO₄，故A正确；
B．与过量的Cl₂继续反应，生成更多的KClO，故B正确；
C．由信息②可知温度较高KOH与Cl₂ 反应生成的是KClO₃，不利用KClO生成、浪费原料，故C错误；
D．由信息可知，该条件下KClO₃ 不能转化为KClO，故D错误．
故答案为：AB；
（5）K₂FeO₄在低温、强碱性溶液中比较稳定，减少K₂FeO₄在过量Fe³⁺作用下的分解，故答案为：减少K₂FeO₄在过量Fe³⁺作用下的分解（或K₂FeO₄在低温、强碱性溶液中比较稳定等）；
（6）从“反应液II”中分离出K₂FeO₄后，会有副产品KNO₃、KCl，故答案为：KNO₃、KCl；
（7）用碱性的碘化钾溶液溶解高铁酸钾样品，调节pH为1，高铁酸根与碘离子发生氧化还原反应，高铁酸根离子全部被还原成铁离子，碘离子被氧化成碘，根据电子得失守恒有关系2FeO₄^2-～3I₂，再根据反应2Na₂S₂O₃+I₂═Na₂S₄O₆+2NaI，得关系式2FeO₄^2-～3I₂～6Na₂S₂O₃，所以高铁酸钾的质量为$\frac{1}{3}$×1.0mol/L×0.015L×198g/mol=0.99g，则原高铁酸钾样品中高铁酸钾的质量分数为$\frac{0.99g}{3.96g}$×100%=25%，
故答案为：25%．

点评 本题考查了物质制备与物质分离提纯的分析判断，实验过程的理解应用和基本操作的分析应用，掌握基础是关键，题目难度中等．