Question

高鐵酸鉀是一種高效的多功能水處理劑，具有氧化、吸附、絮凝、、助凝、殺菌、除臭等作用，高鐵酸鉀的開發和利用正日益顯示出其廣闊的應用前景。其制備流程如下：

試回答下列問題
（1）反應器中，NaOH、NaClO、Fe(NO₃)₃發生反應生成Na₂FeO₄，完成并配平下列離子反應方程式：
□Fe³⁺+□ClO^─+□OH^─ ==□FeO₄^2─+□Cl^─+□___________
（2）次氯酸鈉濃度對高鐵酸鉀產率有一定影響，當NaClO濃度為298g/L時，高鐵酸鈉的產率最高，此時NaClO的物質的量濃度為_______________。
（3）你認為操作①能夠發生轉化的原因是__________，慢慢滴加的原因的是___________。
（4）操作②如果溫度過高會造成高鐵酸鉀的分解，高鐵酸鉀受熱分解時生成金屬氧化物和氧氣，該反應的化學方程式為__________________。
（5）可以用電化學法制取Na₂FeO₄，其裝置如圖所示，則陽極的電極反應式為                      ；
陰極的電極反應式為______________；電解一段時間后溶OH^─的濃度會_________(填“升高”、“降低”
或“不變”)。

Answer 1

（1） 2Fe³⁺+3ClO^─+10OH^─＝2FeO₄^2─+3Cl^─+5H₂O
（2）4mol/L(少單位扣1分)
（3）此條件下，高鐵酸鉀的溶解度小于高鐵酸鈉的；為了使反應充分(1分)。
（4）4K₂FeO₄2K₂O+2Fe₂O₃+3O₂↑(缺少條件扣1分)
（5）Fe+8OH^－─6e^－＝FeO₄^2－+4H₂O；2H⁺+2e^－＝H₂↑(或2H₂O+2e^－＝2OH^－+H₂↑)；降低(1分)

試題分析：（1）根據反應可知，鐵元素的化合價從＋3價升高到＋6價，失去3個電子。氯元素的化合價從＋1價降低到－1價，得到2個電子。因此根據電子得失守恒可知，氧化劑次氯酸鈉和還原劑硝酸鐵的物質的量之比是3：2，根據電荷守恒可知OH^－的計量數是10，根據原子守恒可知，生成物中還有水生成，所以反應的離子方程式為2Fe³⁺+3ClO^─+10OH^─＝2FeO₄^2─+3Cl^─+5H₂O。
（2）NaClO濃度為298g/L，即1L溶液中含有次氯酸鈉的質量是298g物質的量＝298g÷74.5g/mol＝4mol，因此次氯酸鈉的物質的量濃度＝4mol÷1L＝4mol/L。
（3）操作1是向高鐵酸鈉中溶液慢慢滴加飽和氫氧化鉀溶液即可以得到高鐵酸鉀，因此根據沉淀容易向生成更難溶的方向轉化可知，在此條件下，高鐵酸鉀的溶解度小于高鐵酸鈉的；為了使反應充分小于慢慢滴加氫氧化鉀飽和溶液，以提高原料利用率。
（4）高鐵酸鉀受熱分解時生成金屬氧化物和氧氣，其中氧元素的化合價從－2價升高到0價，因此氧氣是氧化產物，則鐵元素的化合價必然降低生成氧化鐵，另外還有氧化鉀產生，反應的化學方程式為4K₂FeO₄2K₂O+2Fe₂O₃+3O₂↑。
（5）電解池陽極失去電子，發生氧化反應。鐵與電源的正極相連，做陽極，因此鐵失去電子結合溶液中的OH^－生成FeO₄^2－，因此陽極電極反應式為Fe+8OH^－ ─6e^－＝FeO₄^2－+4H₂O；電解池陰極得到電子，發生還原反應，則在該電解池中溶液中的氫離子在陰極得到電子，電極反應式為2H⁺+2e^－＝H₂↑；根據陰陽極的電極反應式可知該電池反應的總反應方程式為Fe+2OH^－+2H₂O FeO₄^2－+3H₂↑，這說明在反應過程中溶液中OH^－的濃度降低。