Question

高铁酸钾广泛应用于净水、电池工业等领域。工业上以钛白粉生产的副产品FeSO₄制备高铁酸钾的生产流程如下：

查资料得知K₂FeO₄的一些性质：

①在碱性环境中稳定，在中性和酸性条件下不稳定

②溶解度很大，难溶于无水乙醇等有机溶剂

③具有强氧化性，能氧化有机烃、苯胺和80%以下乙醇溶液

回答下列问题：

（1）写出“氧化I”中，生成Fe³⁺的离子反应方程式                             。

（2）氧化II中，试剂A为            (填“H₂O₂”或“HNO₃”或“NaClO”)；过滤操作中，得到的滤渣B中除NaCl还有           

（3）操作I中包括冷却结晶、过滤、洗涤干燥几个步骤。洗涤干燥的目的是脱碱脱水，进行该操作时最好用               洗涤。

（4）净水时高铁酸钾能逐渐与水反应生成絮状的Fe(OH)₃，请补充并配平该反应方程式：      K₂FeO₄ +       H₂O =      Fe(OH)₃↓ +      KOH +                                                   

（5）将一定量的K₂FeO₄投入一定浓度的FeCl₃溶液中，测得剩余K₂FeO₄浓度如下图所示，推测产生曲线I和曲线II差异的原因是                                                。

Answer

（16分）

（1）H2O2+2H++2Fe2+=2Fe3++2H2O（3分，配平错扣1分）

（2）NaClO  Na2SO4（各2分，共4分）

（3）无水乙醇（3分）

（4）4   10   4    8    3O2 ↑  （产物正确1分，共3分）

（5）FeCl3溶液水解显酸性，促进K2FeO4与水反应，从而降低K2FeO4浓度（3分）

【解析】

试题分析：（1）原料为硫酸亚铁溶液，所含亚铁离子具有还原性，硫酸是强酸，提供氢离子，不仅能抑制亚铁离子和铁离子的水解，而且能增强过氧化氢的氧化能力，使亚铁离子氧化为铁离子，根据化合价升降法、电荷守恒、原子守恒配平，则氧化I中生成铁离子的离子方程式为H2O2+2H++2Fe2+=2Fe3++2H2O；（2）由于目标产物是K2FeO4，它在碱性环境中稳定，在中性和酸性条件下不稳定，则氧化II中加入的氧化剂不能使H2O2，因为H2O2在碱性条件下的氧化性比酸性条件下弱，试剂A也不能是HNO3，因为酸性条件下Na2FeO4不稳定，试剂A只能是 NaClO，氧化II中反应为2NaOH+H2SO4=Na2SO4+2H2O、Fe2(SO4)3+3NaClO+10NaOH==2Na2FeO4+3NaCl+3Na2SO4+5H2O；根据已知信息可知，K2FeO4的溶解度很大，由此类推Na2FeO4的溶解度很大，为了从Na2FeO4、NaCl、Na2SO4、NaClO（过量）、NaOH（过量）组成的混合溶液中分离出Na2FeO4、NaOH（过量），则过滤所得滤渣的主要成分为NaCl、Na2SO4、NaClO（过量），除去它们之后所得的Na2FeO4、NaOH（过量）溶液用于制备K2FeO4；（3）Na2FeO4、NaOH（过量）溶液中加入过量KOH时的反应为：Na2FeO4+2KOH= K2FeO4+2NaOH，所得溶液经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤可得K2FeO4晶体；由于K2FeO4的溶解度很大，难溶于无水乙醇等有机溶剂，且具有强氧化性，能氧化有机烃、苯胺和80%以下乙醇溶液，除去碱的同时，为了减少洗涤晶体造成K2FeO4的损失，最好选择无水乙醇洗涤K2FeO4晶体；（4）观察可得，该反应中铁元素由+6价将为+3价，钾元素、氢元素的化合价都没有变化，根据氧化还原反应的特征推断，化合价升高的元素只能是氧，氧元素由—2价升为其相邻的0价，则缺项物质为氧气，根据化合价升降法、原子守恒配平可得：4K2FeO4+10H2O==4Fe(OH)3↓ +8KOH+3O2↑；（5）根据已知信息可知，K2FeO4在碱性环境中稳定，在中性和酸性条件下不稳定，氯化铁是强酸弱碱盐，能水解，导致其溶液显弱酸性，K2FeO4在酸性条件下不稳定，酸性越强，K2FeO4越不稳定，反应速率越大，剩余K2FeO4的浓度越小。

考点：考查物质制备化学工艺流程，涉及离子方程式的书写和配平、滤渣成分的推断、氧化还原反应方程式的书写和配平、晶体的洗涤方法和试剂、提取信息并用于解释原因等。