Question

高铁酸钾(K₂FeO₄)是一种集氧化、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：①2KOH+Cl₂=KCl+KClO+H₂O(条件：温度较低)

②6KOH+3Cl₂=5KCl+KClO₃+3H₂O(条件：温度较高)

③K₂FeO₄在水溶液中易水解：4FeO₄²+10H₂O 4Fe(OH)₃(胶体)+8OH^-+3O₂↑

回答下列问题：实验室可利用如图装置完成流程①和②

(1)写出工业上制取 Cl₂ 的化学方程式_____；恒压滴液漏斗支管的作用_____，两水槽中的水为__________(填“热水”或“冷水”)．

(2)反应一段时间后，停止通氯气，再往仪器 a 中加入浓 KOH 溶液的目的是_____；

A．为下一步反应提供碱性的环境

B．使 KClO₃ 转化为 KClO

C．与溶液 I 中过量的Cl₂继续反应，生成更多的KClO

D．KOH 固体溶解时会放出较多的热量，有利于提高反应速率

(3)从溶液Ⅱ中分离出 K₂FeO₄后，还会有副产品KNO₃、KCl，则反应③中发生的离子方程式为：_________________。

(4)用重结晶法提纯粗产品：将粗产品先用 KOH 稀溶液溶解，再加入饱和的 KOH溶液，冷却结晶，过滤，用少量异丙醇洗涤，最后低温真空干燥。

①洗涤粗品时选用异丙醇而不用水的理由是_____________。

②如何判断 K₂FeO₄ 晶体已经洗涤干净________________。

(5)从环境保护的角度看，制备 K₂FeO₄ 较好的方法为电解法，其装置如图电解过程中阳极的电极反应式为___________。

(6)FeO₄^2-在水溶液中的存在形态如图所示。下列说法正确的是______________。

A．不论溶液的酸碱性如何变化，铁元素都有 4 种存在形态

B．向 pH=10的这种溶液中加硫酸至 pH=2，HFeO₄^-的分布分数逐渐 增大

C．向 pH=6 的这种溶液中加 KOH 溶液，发生反应的离子方程式为HFeO₄^-+OH^-=FeO₄^2- +H₂O

Answer

2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑ 平衡压强，以便液体顺利流下 冷水 AC 2Fe3+ +3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O 防止FeO42-水解，利于烘干 取少量最后一次的洗涤液，加入硝酸酸化的硝酸银溶液，若无白色沉淀则已被洗净 Fe+8OH--6e-═FeO42-+4H2O C

【解析】

在工业上用电解饱和食盐水的方法制取氯气；足量Cl2通入KOH溶液中，温度低时发生反应2KOH+Cl2=KCl+KClO+H2O，向溶液I中加入KOH，使氯气完全反应，且将溶液转化为碱性溶液，只有碱性条件下次氯酸根离子才能和铁离子发生氧化还原反应生成高铁酸根离子，除去KCl得到碱性的KClO浓溶液，向碱性的KClO浓溶液中加入90%的Fe(NO3)3溶液，发生反应2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O，得到溶液II，纯化得到湿产品，将湿产品洗涤、干燥得到晶体K2FeO4。

(1)根据常用仪器的用途解答；根据流程，需生成KClO，温度较低时生成KClO；

(2)KOH和氯气在低温下反应生成KClO，只有碱性条件下，铁离子才能和次氯酸根离子发生氧化还原反应生成高铁酸根离子，再往仪器a中加入浓KOH溶液的目的是与过量的Cl2继续反应，生成更多的KClO，且保持溶液为强碱性环境；氯气为黄绿色气体，判断浓KOH溶液已过量可通过三颈烧瓶内颜色彻底变成无色后判断；

(3)根据题目信息、氧化还原反应中化合价发生变化确定产物以及电子得失守恒和质量守恒来配平；

(4)①加入饱和KOH溶液可以增大氢氧根离子的浓度，使平衡向左移动；

②只要检验最后一次的洗涤中无Cl-，即可证明K2FeO4晶体已经洗涤干净；

(5)电解时阳极失去电子，发生氧化反应判断；

(6) 结合FeO42-在水溶液中的存在形态与溶液的pH关系分析判断。

(1)在工业上用电解饱和食盐水的方法制取氯气，反应的化学方程式是：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑；仪器a是三颈烧瓶，恒压滴液漏斗上部和三颈烧瓶气压相通，就可以使恒压滴液漏斗上下气体压强相同，保证恒压滴液漏斗中的液体顺利滴下；氯气与KOH反应随温度的不同，而不同。根据流程，需生成KClO，在较低温度下发生反应：2KOH+Cl2=KCl+KClO+H2O，所以两水槽中的水为冷水，起降温作用；

(2)只有碱性条件下，铁离子才能和次氯酸根离子发生氧化还原反应生成FeO42-，KOH和氯气反应生成KClO，所以加入KOH的目的是除去氯气且使溶液为后一步反应提供碱性生成更多的KClO，选项AC合理；

(3)据题目信息和氧化还原反应中化合价发生变化确定找出反应物：Fe3+、ClO-、OH-，生成物：FeO42-、Cl-、H2O，根据电子得失守恒和质量守恒、电荷守恒来配平方程式为2Fe3++3ClO-+10OH- =2FeO42-+3Cl-+5H2O；

(4)①洗涤K2FeO4 晶体的粗品时选用异丙醇而不用水是因为K2FeO4在水溶液中易发生水解反应：4 FeO42-+10H2O4Fe(OH)3(胶体)+8OH-+3O2↑；而且异丙醇沸点低，容易气化，便于K2FeO4干燥；

②K2FeO4晶体表面含有杂质离子为氯离子，所以只要检验最后一次的洗涤中无Cl-，即可证明晶体已经洗涤干净。方法是用试管取少量最后一次的洗涤液，加入硝酸酸化的硝酸银溶液，若无白色沉淀则已被洗净；

(5)电解时阳极Fe失电子发生氧化反应，电极反应方程式为：Fe+8OH--6e-═FeO42-+4H2O；

(6) A．不同pH值时，溶液中铁元素的存在形式及种类数都不同，如pH=8时，只有两种存在形态，选项A错误；

B．由图象分析可知，改变溶液的pH，当溶液由pH=10降至pH=4的过程中，HFeO4-的分布分数是先增大后减小，故B错误；

C．向pH=8的这种溶液中加KOH溶液，根据分布图中微粒浓度的变化可知发生反应为：HFeO4-+OH-=FeO42-+H2O，选项C正确；

故合理选项是C。