Question

20．高鐵酸鉀（K₂FeO₄）是一種集氧化、吸附、絮凝于一體的新型多功能水處理劑．高鐵酸鉀為暗紅色粉末狀晶體，干燥的晶體80℃以下十分穩(wěn)定，它極易溶于水，難溶于異丙醇．實(shí)驗(yàn)室模擬生產(chǎn)工藝流程如圖1：

已知：①2KOH+Cl₂=KCl+KClO+H₂O（條件：較低溫度）
②6KOH+3Cl₂=5KCl+KClO₃+3H₂O（條件：較高溫度）
③K₂FeO₄ 在水溶液中易水解：4FeO₄^2-+10H₂O?4Fe（OH）₃（膠體）+8OH^-+3O₂↑
回答下列問(wèn)題：
實(shí)驗(yàn)室可利用如圖2裝置完成流程①和②
（1）儀器a的名稱是三頸燒瓶，恒壓滴液漏斗支管的作用是平衡壓強(qiáng)，兩水槽中的水為冷水（填“熱水”或“冷水”）．
（2）反應(yīng)一段時(shí)間后，停止通氯氣，再往儀器a中加入濃KOH溶液的目的是與過(guò)量的Cl₂繼續(xù)反應(yīng)，生成更多的KClO；判斷濃KOH溶液已過(guò)量的實(shí)驗(yàn)依據(jù)是三頸燒瓶?jī)?nèi)顏色徹底變成無(wú)色后，再加適量的濃氫氧化鉀．
（3）從溶液Ⅱ中分離出K₂FeO₄后，還會(huì)有副產(chǎn)品KNO₃、KCl，則反應(yīng)③中發(fā)生的離子方程式為：2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．
（4）用重結(jié)晶法提純粗產(chǎn)品：將粗產(chǎn)品先用KOH稀溶液溶解，再加入飽和的KOH溶液，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾，用少量異丙醇洗滌，最后低溫真空干燥．
 ①粗產(chǎn)品用KOH溶解的目的是增大氫氧根離子的濃度，抑制FeO₄^2-的水解．
②如何判斷K₂FeO₄晶體已經(jīng)洗滌干凈用試管取少量最后一次的洗滌液，加入硝酸酸化的硝酸銀溶液，若無(wú)白色沉淀則已被洗凈．
（5）從環(huán)境保護(hù)的角度看，制備K₂FeO₄較好的方法為電解法，其裝置如圖3．電解過(guò)程中陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O．

Answer 1

分析 足量Cl₂通入和KOH溶液中，溫度低時(shí)發(fā)生反應(yīng)Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O，向溶液I中加入KOH，使氯氣完全反應(yīng)，且將溶液轉(zhuǎn)化為堿性溶液，只有堿性條件下次氯酸根離子才能和鐵離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成高鐵酸根離子，除去KCl得到堿性的KClO濃溶液，向堿性的KClO濃溶液中加入90%的Fe（NO₃）₃溶液，發(fā)生反應(yīng)2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，得到溶液II，純化得到濕產(chǎn)品，將濕產(chǎn)品洗滌、干燥得到晶體K₂FeO₄．
（1）根據(jù)常用儀器的名稱和用途解答；恒壓滴液漏斗漏斗支管可以平衡內(nèi)外壓強(qiáng)，使液體順利滴下；足量Cl₂通入和KOH溶液中，溫度低時(shí)發(fā)生反應(yīng)生成次氯酸根離子；
（2）KOH和氯氣在低溫下反應(yīng)生成KClO，只有堿性條件下，鐵離子才能和次氯酸根離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成高鐵酸根離子，再往儀器a中加入濃KOH溶液的目的是與過(guò)量的Cl₂繼續(xù)反應(yīng)，生成更多的KClO，氯氣為黃綠色氣體，判斷濃KOH溶液已過(guò)量三頸燒瓶?jī)?nèi)顏色徹底變成無(wú)色后，再加適量的濃氫氧化鉀；
（3）根據(jù)題目信息、氧化還原反應(yīng)中化合價(jià)發(fā)生變化確定產(chǎn)物以及電子得失守恒和質(zhì)量守恒來(lái)配平；
（4）①加入飽和KOH溶液可以增大氫氧根離子的濃度，使平衡向左移動(dòng)；
②只要檢驗(yàn)最后一次的洗滌中無(wú)Cl^-，即可證明K₂FeO₄晶體已經(jīng)洗滌干凈；
（5）用電解法制備鐵酸鈉，電解時(shí)鐵失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)結(jié)合氫氧根離子生成鐵酸跟離子和水．

解答 解：（1）儀器a屬于燒瓶，具有三個(gè)口，名稱是三頸燒瓶，恒壓滴液漏斗上部和三頸燒瓶氣壓相通，可以保證恒壓滴液漏斗中的液體順利滴下，2KOH+Cl₂=KCl+KClO+H₂O（條件：較低溫度），所以兩水槽中的水為冷水，
故答案為：三頸燒瓶；平衡壓強(qiáng)；冷水；
（2）只有堿性條件下，鐵離子才能和次氯酸根離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成高鐵酸根離子，KOH和氯氣反應(yīng)生成KClO，所以加入KOH的目的是除去氯氣且使溶液為后一步反應(yīng)提供堿性，氯氣為黃綠色氣體，判斷濃KOH溶液已過(guò)量三頸燒瓶?jī)?nèi)顏色徹底變成無(wú)色后，再加適量的濃氫氧化鉀，
故答案為：與過(guò)量的Cl₂繼續(xù)反應(yīng)，生成更多的KClO；三頸燒瓶?jī)?nèi)顏色徹底變成無(wú)色后，再加適量的濃氫氧化鉀；
（3）據(jù)題目信息和氧化還原反應(yīng)中化合價(jià)發(fā)生變化確定找出反應(yīng)物：Fe³⁺、ClO^-，生成物：FeO₄^2-、Cl^-，根據(jù)電子得失守恒和質(zhì)量守恒來(lái)配平，F(xiàn)e³⁺、ClO^-，生成物：FeO₄^2-、Cl^-，根據(jù)電子得失守恒：Fe（+3→+6），Cl（+1→-1），最小公倍數(shù)為6，所以Fe³⁺、FeO₄^2-前系數(shù)都為2，ClO^-、Cl^-，前系數(shù)都為3，結(jié)合質(zhì)量守恒和電荷守恒可得2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，
故答案為：2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
（4）①K₂FeO₄ 在水溶液中易水解：4FeO₄^2-+10H₂O?4Fe（OH）₃（膠體）+8OH^-+3O₂↑，加入飽和KOH溶液可以增大氫氧根離子的濃度，使平衡向左移動(dòng)，抑制FeO₄^2-的水解，
故答案為：增大氫氧根離子的濃度，抑制FeO₄^2-的水解；
②K₂FeO₄晶體表面若含有雜質(zhì)離子為氯離子，所以只要檢驗(yàn)最后一次的洗滌中無(wú)Cl^-，即可證明晶體已經(jīng)洗滌干凈，
故答案為：用試管取少量最后一次的洗滌液，加入硝酸酸化的硝酸銀溶液，若無(wú)白色沉淀則已被洗凈；
（5）用鐵做陽(yáng)極電解氫氧化鈉制備鐵酸鈉，電解時(shí)鐵失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)結(jié)合氫氧根離子生成鐵酸跟離子和水，電極反應(yīng)式為：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O，
故答案為：Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題結(jié)合高鐵酸鉀（K₂FeO₄）的制備主要考查了氧化還原反應(yīng)的知識(shí)、離子的檢驗(yàn)等，側(cè)重考查學(xué)生分析能力、知識(shí)遷移運(yùn)用能力，題目難度中等．培養(yǎng)了學(xué)生運(yùn)用知識(shí)的能力．