Question

11．K₂FeO₄是一種新型水處理劑，工業上可用FeSO₄制備K₂FeO₄，其工藝流程如下：

請回答下列問題：
（1）實驗室保存硫酸亞鐵溶液時，加入少量稀硫酸，其目的是抑制亞鐵離子的水解．
（2）寫出上述流程中制備高鐵酸鈉的化學方程式：2Fe（OH）₃+3NaClO+4NaOH=2Na₂FeO₄+3NaCl+5H₂O．
（3）高鐵酸鈉轉化成高鐵酸鉀的原理是高鐵酸鈉在溶液中溶解大于高鐵酸鉀．
（4）已知常溫下，K甲[Fe（OH）₃]=1.0×10^-34．離子濃度≤1×10^-5mol．L^-1時，可認為已完全沉淀．則上述操作中，調節pH的范圍應為大于4.3．
（5）高鐵酸鉀凈水原理如下：首先，具有強氧化性的高鐵酸鉀氧化細菌，高鐵酸鉀被還原成Fe³⁺，然后，鐵離子水解生成氫氧化鐵膠體粒子，膠粒聚沉水中雜質．Fe³⁺水解包括以下幾步反應：
①Fe³⁺（aq）+H₂O（l）?Fe（OH）²⁺（aq）+H⁺（aq）K₁
②Fe（OH）²⁺（aq）+H₂O（l）?Fe（OH）₂⁺（aq）+H⁺（aq）K₂
③Fe（OH）₂⁺+H₂O（l）?Fe（OH）₃（膠體）+H⁺（aq）K₃
K₁、K₂、K₃的大小排序為K₁＞K₂＞K₃．
如果廢水中酸性過強，不利于凈水，其原因是溶液酸性過強會抑制鐵離子的水解，不能產生氫氧化鐵膠體．

Answer 1

分析 根據反應的流程可知，硫酸亞鐵被雙氧水氧化，再調節pH值可得氫氧化鐵固體，氫氧化鐵固體在堿性條件下被次氯酸鈉氧化得Na₂FeO₄溶液，在溶液中加入氯化鉀結晶可得K₂FeO₄，
（1）在保存硫酸亞鐵溶液時要防止亞鐵離子水解；
（2）氫氧化鐵與次氯酸鈉反應生成高鐵酸鈉和氯化鈉，利用元素守恒和電子得失守恒書寫化學方程式；
（3）根據在溶液中溶解大的物質可以生成溶解度小的物質的原理分析；
（4）調節pH使鐵離子沉淀完全，即c（Fe³⁺）≤1×10^-5mol．L^-1，根據Ksp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）•c³（OH^-）可計算出溶液中氫氧根離子的濃度，進而確定pH值；
（5）多元弱酸弱堿是分步電離的，所以弱堿陽離子也是分步水解的，其中一級水解程度大于二級水解，二級水解程度大于三級水解，據此判斷水解平衡常數的大小，溶液酸性過強會抑制鐵離子的水解．

解答 解：根據反應的流程可知，硫酸亞鐵被雙氧水氧化，再調節pH值可得氫氧化鐵固體，氫氧化鐵固體在堿性條件下被次氯酸鈉氧化得Na₂FeO₄溶液，在溶液中加入氯化鉀結晶可得K₂FeO₄，
（1）在保存硫酸亞鐵溶液時要防止亞鐵離子水解，所以加入少量的硫酸目的是抑制亞鐵離子的水解，
故答案為：抑制亞鐵離子的水解；
（2）氫氧化鐵與次氯酸鈉反應生成高鐵酸鈉和氯化鈉，反應方程式為2Fe（OH）₃+3NaClO+4NaOH=2Na₂FeO₄+3NaCl+5H₂O，
故答案為：2Fe（OH）₃+3NaClO+4NaOH=2Na₂FeO₄+3NaCl+5H₂O；
（3）高鐵酸鈉在溶液中溶解大于高鐵酸鉀，所以鐵酸鈉在溶液中可以轉化成高鐵酸鉀，
故答案為：高鐵酸鈉在溶液中溶解大于高鐵酸鉀；
（4）調節pH使鐵離子沉淀完全，即c（Fe³⁺）≤1×10^-5mol．L^-1，根據Ksp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）•c³（OH^-）可知溶液中c（OH^-）=$\root{3}{\frac{1.0×10{\;}^{-34}}{1×1{0}^{-5}}}$=1×$1{0}^{-\frac{29}{3}}$，c（H⁺）=1×$1{0}^{-\frac{13}{3}}$，所以pH≈4.3，所以要使鐵離子完全沉淀，溶液的pH值大于4.3，
故答案為：大于4.3；
（5）多元弱酸弱堿是分步電離的，所以弱堿陽離子也是分步水解的，其中一級水解程度大于二級水解，二級水解程度大于三級水解，所以K₁＞K₂＞K₃，溶液酸性過強會抑制鐵離子的水解，不能產生氫氧化鐵膠體，所以不利于凈水，
故答案為：K₁＞K₂＞K₃；溶液酸性過強會抑制鐵離子的水解，不能產生氫氧化鐵膠體．

點評 本題主要考查化學工藝流程分析，意在考查考生對已學知識的掌握、理解、遷移、轉化、重組和解決實際問題的能力．