Question

实验室以次氯酸盐和铁盐为原料制备少量K₂FeO₄的操作步骤如下：

Ⅰ．制备NaClO强碱性饱和溶液：

①将20 mL NaOH溶液加入仪器b中，冷水浴冷却，通入Cl₂，搅拌，直至溶液变为黄绿色且有少量白色晶体析出为止（装置如下图所示）。

②将所得饱和NaClO倒入烧杯并置于冷水浴中，分几次加入20 g NaOH固体并不断搅拌，过滤，得NaClO强碱性饱和溶液。

(1)甲装置中a管的作用是_____________________________________________。

(2)写出甲装置中反应的化学方程式_____________________________________。

(3)石灰乳的作用是___________________________________________________。

(4)反应过程中用冷水浴冷却的原因是___________________________________。

Ⅱ．合成K₂FeO₄：

①称取5.05 g Fe(NO₃)₃·9H₂O（相对分子质量为404）固体，在冷水浴中分批加入Ⅰ中所得滤液，并不断搅拌，反应1小时后溶液呈深紫红色（即Na₂FeO₄）。

②离心分离除去Na₂FeO₄水解得到的Fe(OH)₃胶体，留上层清液（深紫红色）。

③向②的上层清液中缓慢加入KOH饱和溶液50.00mL，冰水浴保持5 min，过滤，得K₂FeO₄（相对分子质量为198）粗产品。

④将粗产品重结晶，并用异丙醇洗涤，低温烘干，得纯产品2.13 g。

(5)合成Na₂FeO₄的离子方程式为____________________________________。

(6)过程③加入饱和KOH溶液即可得到K₂FeO₄粗产品，原因是__________。

(7)用异丙醇洗涤的目的是__________________________________________。

(8)K₂FeO₄的产率为___________（保留至0.1%）。

Answer

平衡压强，使漏斗内的液体能顺利滴下 2KMnO4＋16HCl=2KCl＋MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O 除去未反应的氯气，防止氯气污染空气 有利于氯气与氢氧化钠溶液反应生成次氯酸钠 2Fe 3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O K2FeO4的溶解度小于 Na2FeO4，加入饱和 KOH 溶液可以增大 K+的浓度，使 Na2FeO4+2KOHK2FeO4+2NaOH 平衡向右移动，析出晶体 用异丙醇代替水洗涤产品可以减少高铁酸钾的溶解损耗 86.1%

【解析】

Ⅰ．在冷的NaOH溶液中通入利用甲装置制得的氯气并搅拌，直至溶液变为黄绿色且有少量白色晶体析出为止，然后向饱和NaClO溶液中加入NaOH固体，即可得NaClO强碱性饱和溶液；

Ⅱ．在NaClO强碱性饱和溶液中分次加入Fe(NO3)3·9H2O(相对分子质量为404)固体，并用冷水浴降温和不断搅拌，即可得深紫红色Na2FeO4溶液，用离心分离除去少量Fe(OH)3胶体，然后在上层中缓慢加入KOH饱和溶液，经过滤并用异丙醇洗涤，低温烘干，得高铁酸钾。

(1) 甲装置中高锰酸钾与浓盐酸发生氧化还原反应生成氯气，利用a管可平衡压强，使漏斗内的液体能顺利滴下；

(2) 甲装置中用高锰酸钾固体粉末与浓盐酸发生反应可以制取氯气，反应的化学方程式为2KMnO4＋16HCl=2KCl＋MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O；

(3) 氯气有毒，污染空气，石灰乳除去未反应氯气，防止氯气污染空气；

(4) 温度不同时，氯气与NaOH反应的产物也不同，常温下，生成次氯酸钠，温度高时，反应生成氯酸钾，6NaOH+3Cl25NaCl+NaClO3+3H2O，降低了次氯酸钠的产量；则反应过程中用冷水浴冷却有利于氯气与氢氧化钠溶液反应生成次氯酸钠；

(5) 氢氧化铁被次氯酸根氧化为高铁酸根(FeO42-)同时生成Cl-、H2O，反应的离子方程式为2Fe3++3ClO-+6OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O；

(6) 该温度下高铁酸钾的溶解度比高铁酸钠的溶解度小，加入饱和KOH溶液可以增大K+的浓度，减小高铁酸钾的溶解，促进高铁酸钾晶体析出；

(7) 高铁酸钾可溶于水，用异丙醇代替水洗涤产品，可减少高铁酸钾的溶解损耗；

(8) 5.05g Fe(NO3)3•9H2O的物质的量为n(Fe(NO3)3•9H2O)=0.0125mol，根据铁元素守恒可知n(K2FeO4)=0.0125mol，则m(K2FeO4)=0.0125mol×198g/mol=2.475g，则产率为=×100%=86.1%。