Question

7．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．其生產工藝如圖1

已知：①2KOH+Cl₂═KCl+KClO+H₂O（條件：溫度較低）
②6KOH+3Cl₂═5KCl+KClO₃+3H₂O（條件：溫度較高）
③Fe（NO₃）₃+KClO+KOH→K₂FeO₄+KNO₃+KCl+H₂O
回答下列問題：
（1）該生產工藝應在溫度較低（填“溫度較高”或“溫度較低”）的情況下進行．
（2）配平得到“反應液Ⅱ”的化學反應方程式：
Fe（NO₃）₃+KClO+KOH--K₂FeO₄+KNO₃+KCl+H₂O
（3）在“反應液Ⅰ”中加KOH固體的主要目的是AC．
A．與“反應液Ⅰ”中過量的Cl₂繼續反應，生成更多的KClO
B．KOH固體溶解時會放出較多的熱量，有利于提高反應速率
C．為下一步反應提供反應物
D．使副產物KClO₃轉化為KClO
（4）若從“反應液Ⅱ”中分離出m g K₂FeO₄，則理論上至少消耗氯氣V L（換算為標準狀況）．V=$\frac{5.6m}{33}$L（用含字母m的算式表示）．
（5）將適量K₂FeO₄晶體分別溶解于pH為4.74、7.00、11.50的水溶液中，配制FeO₄^2-濃度均為1.0×10^-3 mol•L^-1的試樣，分別靜置800 min至FeO₄^2-濃度不再改變，結果見圖2．已知高鐵酸鉀在水中的反應為：FeO₄^2-+10H₂O?4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂↑．發現初始pH=11.50的溶液中，800 min時高鐵酸鉀的最終濃度比pH=4.74的溶液中高，主要原因是在pH=11.50的溶液中，OH^-濃度大，使FeO₄^-+10H₂O?4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂↑平衡向左移動．

Answer 1

分析 （1）根據題中提示可知，低溫和高溫產物不同主要區別是生成KClO還是KClO₃，而制備原理為：Fe（NO₃）₃+KClO+KOH→K₂FeO₄+KNO₃+KCl+H₂O；
（2）反應中Fe元素化合價由+3價升高為+6價，共升高3價，Cl元素化合價由+1價降低為-1，價，共降低2價，化合價升降最小公倍數為6，則Fe（NO₃）₃的系數為2、NaClO的系數為3，再根據原子守恒配平；（3）氯氣與氫氧化鈉溶液反應后會溶解未反應的氯氣，再加入氫氧化鈉固體，繼續反應生成NaClO，且氫氧化鈉在制備高鐵酸鉀中參加反應；
（4）由方程式可得關系式：3Cl₂～3KClO～2K₂FeO₄，根據關系式計算；
（5）OH^-濃度大，使FeO₄^-+10H₂O?4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂↑平衡向左移動．

解答 解：（1）根據題中提示可知，氯氣與氫氧化鈉的反應中，低溫和高溫產物不同主要區別是生成KClO還是KClO₃，而制備原理為：Fe（NO₃）₃+KClO+KOH→K₂FeO₄+KNO₃+KCl+H₂O，故應在溫度較低的情況進行，
故答案為：溫度較低；
（2）反應中Fe元素化合價由+3價升高為+6價，共升高3價，Cl元素化合價由+1價降低為-1，價，共降低2價，化合價升降最小公倍數為6，則Fe（NO₃）₃的系數為2、NaClO的系數為3，再根據原子守恒配平后方程式為：2Fe（NO₃）₃+3KClO+10KOH=2K₂FeO₄+6KNO₃+3KCl+5H₂O，
故答案為：2Fe（NO₃）₃+3KClO+10KOH=2K₂FeO₄+6KNO₃+3KCl+5H₂O；
（3）氯氣與氫氧化鈉溶液反應后會溶解未反應的氯氣，再加入氫氧化鈉固體，與過量的Cl₂繼續反應，生成更多的KClO，且氫氧化鈉在制備高鐵酸鉀中參加反應，為下一步反應提供反應物，
故選：AC；
（4）3Cl₂～3KClO～2K₂FeO₄
    3×22.4 L     198g×2
   V（Cl₂）           mg
所以V（Cl₂）=$\frac{67.2L×mg}{198g×2}$=$\frac{5.6m}{33}$ L
故答案為：$\frac{5.6m}{33}$；
（5）在pH=11.50的溶液中，OH^-濃度大，使FeO₄^-+10H₂O?4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂↑平衡向左移動，高鐵酸鉀的最終濃度比pH=4.74的溶液中高，
故答案為：在pH=11.50的溶液中，OH^-濃度大，使FeO₄^-+10H₂O?4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂↑平衡向左移動．

點評 本題考查物質制備工藝流程，側重考查閱讀題目獲取信息的能力、對工藝流程的理解與條件的選擇控制，難度中等，需要學生具有扎實的基礎知識與靈活運用知識解決問題的能力．