Question

13．高铁酸盐是一种强氧化剂，在能源、环保等方面均有广泛的用途．湿法、干法制备高铁酸钾的原理如表所示：

湿法	强碱介质中，Fe（NO3）3与NaClO反应得到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钾（K2FeO4）和KNO2等产物

（1）某工厂用湿法制备高铁酸钾的流程如图所示：

①反应I的化学方程式为2NaOH+Cl₂═NaCl+NaClO+H₂O．
②反应Ⅱ的离子方程式为3ClO^-+10 OH^-+2Fe³⁺=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．
③已知25℃时Fe（OH）₃的K_sp=4.0×10^-38，反应Ⅱ后的溶液中c（Fe³⁺）=4.0×10^-5mol•L^-1．则需调整pH=3时，开始生成Fe（OH）₃沉淀（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，然后再向高铁酸钠溶液中加入饱和KOH溶液，即可析出高铁酸钾．
①已知高铁酸钠和水反应，有Fe（OH）₃和O₂生成，则高铁酸钠的氧化性比O₂强（填“强”或“弱”）．
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）高铁酸钾是一种理想的水处理剂，其处理水的原理为高铁酸钾有强氧化性，能杀菌消毒，在水中被还原生成Fe（OH）₃胶体、有吸附性起净水作用．
（4）干法制备K₂FeO₄的反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为3：1．

Answer 1

分析 反应Ⅰ为：2NaOH+Cl₂═NaCl+NaClO+H₂O，由湿法制备信息，可知反应Ⅱ：3ClO^-+10 OH^-+2Fe³⁺=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，调节溶液pH，使溶液Fe³⁺、FeO₄^2-转化为沉淀，加入KOH溶液溶解，过滤除去氢氧化铁，再加入饱和KOH溶液可以增大K⁺浓度，促进K₂FeO₄晶体析出．
（1）①反应I是氯气与氢氧化钠反应生成氯化钠、次氯酸钠与水；
②由湿法制备信息，可知碱性条件下，ClO^-与Fe³⁺反应得到FeO₄^2-，ClO^-被还原为Cl^-，配平书写离子方程式；
③根据氢氧化铁的溶度积计算c（OH^-），再根据水的离子积计算c（H⁺），进而计算溶液pH值；
（2）①氧化剂的氧化性强于氧化产物氧化性；
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）高铁酸钾具有很强的氧化性，能杀菌消毒，还原生成的铁离子在水中生成的Fe（OH）₃胶体具有吸附性；
（4）所含元素化合价降低的反应物为氧化剂，所含元素化合价升高的反应物为还原剂，根据电子转移守恒计算二者物质的量之比．

解答 解：反应Ⅰ为：2NaOH+Cl₂═NaCl+NaClO+H₂O，由湿法制备信息，可知反应Ⅱ：3ClO^-+10 OH^-+2Fe³⁺=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，调节溶液pH，使溶液Fe³⁺、FeO₄^2-转化为沉淀，加入KOH溶液溶解，过滤除去氢氧化铁，再加入饱和KOH溶液可以增大K⁺浓度，促进K₂FeO₄晶体析出．
（1）①反应I是氯气与氢氧化钠反应生成氯化钠、次氯酸钠与水，反应方程式为2NaOH+Cl₂═NaCl+NaClO+H₂O，故答案为：2NaOH+Cl₂═NaCl+NaClO+H₂O；
②由湿法制备信息，可知碱性条件下，ClO^-与Fe³⁺反应得到FeO₄^2-，ClO^-被还原为Cl^-，离子方程式为3ClO^-+10 OH^-+2Fe³⁺=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，
故答案为：3ClO^-+10 OH^-+2Fe³⁺=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
③25℃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，则c（OH^-）=10^-11mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-11}}$mol/L=10^-3mol/L，则铁离子沉淀的溶液pH=-lg10^-3=3，
故答案为：3；
（2）①高铁酸钠和水反应生成Fe（OH）₃和O₂生成，高铁酸钠为氧化剂、O₂ 为氧化产物，则高铁酸钠的氧化性比O₂ 强，故答案为：强；
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，利用溶解度不同，说明高铁酸钾的溶解度比高铁酸钠的小，
故答案为：小；
（3）高铁酸钾具有很强的氧化性，能杀菌消毒，在水中被还原生成Fe（OH）₃胶体，有吸附性，可以吸附水中的吸附物质，
故答案为：高铁酸钾有强氧化性，能杀菌消毒，在水中被还原生成Fe（OH）₃胶体、有吸附性起净水作用；
（4）干法制备K2FeO4的反应的方程式为：Fe₂O₃+3KNO₃+4KOH=2K₂FeO₄+3KNO₂+2H₂O，
反应N元素化合价由+5价降低为+3价，KNO₃是氧化剂，铁的化合价由+3价升高为+6价，Fe₂O₃是还原剂，根据电子转移守恒：n（KNO₃）×（5-3）=2×n（Fe₂O₃）×（6-3），故n（KNO₃）：n（Fe₂O₃）=3：1，
故答案为：3﹕1．

点评 本题考查实验制备方案，涉及方程式书写、溶度积有关计算、平衡移动原理、水的净化、氧化还原反应计算等，明确工艺流程原理是解题关键，注意对题目给予的信息的运用，较好的考查学生综合能力，难度中等．