Question

17．高鐵酸鉀（K₂FeO₄）是一種高教凈水劑．某實驗小組用下列兩種方法制�。ㄈ鐖D1）．

I．次氯酸鉀氧化法，已知：Cl₂+2KOH$\frac{\underline{\;冷\;}}{\;}$KClO+H₂O
3Cl₂+6KOH（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$5KCl+KClO₃+3H₂O
（1）a儀器的名稱是分液漏斗；物質X是冷水．
（2）開關K可多次關閉，請筒述其中一次的作用關閉K，可以檢驗裝置氣密性．
（3）將D中試管取出，依次加入KOH溶液、90%Fe（NO₃）₃溶液，充分振蕩并水浴加熱，溶液變紫紅色（含K₂FeO₄）．該反應的離子方程式項3ClO^-+2Fe³⁺+10 OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．
Ⅱ．電解法

（1）圖2中開始陰極有氣體產生，其電極反應式為2H⁺+2e^-=H₂↑．
（2）開始時陽極有紫紅色物質生成，一段時間后陽極變細，紫紅色消失，出現紅褐色沉淀．針對紫紅色消失的原因：甲小組做了如圖3所示實驗：則該小組提出的假設可能是陽極產生的Fe²⁺離子將K₂FeO₄還原．乙小組認為，可能是隨著c（H⁺）增加，K₂FeO₄發生自身氧化還原反應．為驗證該假設，請嘗試從控制變量的角度設計實驗簡案．
（可用試劑：1mo1/L K₂FeO₄溶液、1mol/L，H₂SO₄、溶液、4mol/L H₂SO₄溶液、1 mo1/L KOH溶液8mol/L KOH溶液）
實驗的主要步驟：分別取試管加入等體積的1mo1/L K₂FeO₄溶液，分別滴加等體積的1mol/LH₂SO₄溶液、4mol/L H₂SO₄溶液、1 mo1/L KOH溶液、8mol/L KOH溶液；
需要記錄的現象及數據：加入酸是否產生氣泡，溶液紫色是否褪去，紫紅色褪去時間．

Answer 1

分析 I．裝置A中產生氯氣，通過控制開關K，反應完畢用裝置B收集氯氣，防止污染空氣，也可以檢驗裝置氣密性，可以控制氯氣流速，裝置C吸收氯氣中的HCl，D中發生氯氣與氫氧化鉀溶液反應生成KClO，應用水進行冷卻，E吸收氯氣，防止污染空氣；
（1）由儀器結構可知，儀器a為分液漏斗；物質X其冷凝作用，可以為冷水；
（2）開始關閉K，可以檢驗裝置氣密性；
（3）由題意可知，KClO、KOH、Fe（NO₃）₃混合水浴加熱反應生成K₂FeO₄，則Cl元素發生還原反應生成KCl，同時生成水；
Ⅱ．（1）陰極發生還原反應，氫離子放電生成氫氣；
（2）開始陽極有紫紅色物質生成，有K₂FeO₄生成，一段時間后陽極變細，紫紅色消失，出現紅褐色沉淀，說明生成氫氧化鐵，甲小組中KSCN檢驗鐵離子，可能亞鐵離子將K₂FeO₄還原；
采用控制變量法進行實驗，驗證隨著c（H⁺）增加K₂FeO₄發生自身氧化還原反應，應控制K₂FeO₄的濃度相等，分別加入等體積不同濃度的硫酸、KOH溶液，加入酸可能會有氧氣生成，溶液顏色會褪去，且濃度不同反應速率不同，褪色時間不同．

解答 解：I．裝置A中產生氯氣，通過控制開關K，反應完畢用裝置B收集氯氣，防止污染空氣，也可以檢驗裝置氣密性，可以控制氯氣流速，裝置C吸收氯氣中的HCl，D中發生氯氣與氫氧化鉀溶液反應生成KClO，應用水進行冷卻，E吸收氯氣，防止污染空氣；
（1）由儀器結構可知，儀器a為分液漏斗；物質X其冷凝作用，可以為冷水，
故答案為：分液漏斗；冷水；
（2）開始關閉K，可以檢驗裝置氣密性，
故答案為：關閉K，可以檢驗裝置氣密性；
（3）由題意可知，KClO、KOH、Fe（NO₃）₃混合水浴加熱反應生成K₂FeO₄，則Cl元素發生還原反應生成KCl，同時生成水，反應離子方程式為：3ClO^-+2Fe³⁺+10 OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，
故答案為：3ClO^-+2Fe³⁺+10 OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
Ⅱ．（1）陰極發生還原反應，氫離子放電生成氫氣，陰極電極反應式為：2H⁺+2e^-=H₂↑，
故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑；
（2）開始陽極有紫紅色物質生成，有K₂FeO₄生成，一段時間后陽極變細，紫紅色消失，出現紅褐色沉淀，說明生成氫氧化鐵，甲小組中FeSO₄溶液與K₂FeO₄溶液混合，用KSCN檢驗鐵離子，提出的假設可能是：陽極產生的Fe²⁺離子將K₂FeO₄還原；
采用控制變量法進行實驗，驗證隨著c（H⁺）增加K₂FeO₄發生自身氧化還原反應，應控制K₂FeO₄的濃度相等，具體實驗步驟為：分別取試管加入等體積的1mo1/L K₂FeO₄溶液，分別滴加等體積的1mol/LH₂SO₄溶液、4mol/L H₂SO₄溶液、1 mo1/L KOH溶液、8mol/L KOH溶液，需要記錄的現象與數據為：加入硫酸是否產生氣泡，溶液紫色是否褪去，紫紅色褪去時間等，
故答案為：陽極產生的Fe²⁺離子將K₂FeO₄還原；
分別取試管加入等體積的1mo1/L K₂FeO₄溶液，分別滴加等體積的1mol/LH₂SO₄溶液、4mol/L H₂SO₄溶液、1 mo1/L KOH溶液、8mol/L KOH溶液；
加入硫酸是否產生氣泡，溶液紫色是否褪去，紫紅色褪去時間．

點評 本題考查物質制備實驗、實驗方案的分析評價與設計、對裝置的分析評價等，是對學生綜合能力的考查，難度較大．