Question

3．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．其生產流程如下：

（1）配制KOH溶液時，是在每100mL水中溶解61.6gKOH固體（該溶液的密度為1.47g/mL），它的物質的量濃度是10.0mol/L．
（2）在溶液I中加入KOH固體的目的是A、C（填編號）．
a．與溶液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．為下一步反應提供堿性的環境
d．使KClO₃轉化為　KClO
（3）從溶液Ⅱ中分離出K₂FeO₄后，還得到副產品KNO₃、KCl，寫出③中反應的離子方程式：2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．
（4）高鐵酸鉀（K₂FeO₄）與水反應時，生成紅褐色膠體的同時釋放出一種具有氧化性的氣體單質，請寫出該反應的離子方程式：4FeO₄^2-+10H₂O═4Fe（OH）₃（膠體）+3O₂↑+8OH^-．

Answer 1

分析 氫氧化鉀溶液中充入足量氯氣，在溫度較低的條件下反應生成氯化鉀、次氯酸鉀和水，加入氫氧化鉀固體除去KCl，得到堿性KClO的濃溶液，加入90%硝酸鐵溶液發生反應生成高鐵酸鉀溶液Ⅱ純化得到濕產品，洗滌干燥得到K₂FeO₄晶體．
（1）根據n=$\frac{m}{M}$計算出氫氧化鉀的物質的量，溶液質量等于溶質質量與溶劑質量之和，利用V=$\frac{m}{ρ}$計算溶液體積，再根據c=$\frac{n}{V}$計算氫氧化鉀溶液的物質的量濃度；
（2）根據生產工藝流程圖，第①步氯氣過量，第③步需要堿性條件，在溫度較高時KOH 與Cl₂ 反應生成的是KClO₃，氧化還原反應中化合價有升有降；
（3）據題目信息和氧化還原反應中化合價發生變化確定找出反應物：Fe³⁺、ClO^-，生成物：FeO₄^2-、Cl^-，根據電子得失守恒和質量守恒來配平；
（4）釋放出一種具有氧化性的氣體單質是氧氣，根據氧化還原反應電子得失守恒配平．

解答 解：（1）61.6g KOH固體的物質的量為$\frac{61.6g}{56g/mol}$=1.1mol，溶液的質量為100mL×1g/mL+61.6g=161.6g，所以溶液的體積為$\frac{161.6g}{1.47×1{0}^{-3}g/L}$=$\frac{161.6}{1470}$L，所以氫氧化鉀溶液的物質的量濃度為$\frac{1.1mol}{\frac{161.6}{1470}L}$=10mol/L，
故答案為：10.0；
（2）由工藝流程可知，反應液I中有過量的Cl₂反應，加KOH固體的目的是與過量的Cl₂繼續反應，生成更多的KClO．
A、與過量的Cl₂繼續反應，生成更多的KClO，故A正確；
B、由信息②可知溫度較高KOH與Cl₂ 反應生成的是KClO₃，不利用KClO生成、浪費原料，故B錯誤；
C、由工藝流程及③可知，利用Fe（NO₃）₃與KClO制備K₂FeO₄，故C正確；
D、由信息可知，該條件下KClO₃ 不能轉化為KClO，故D錯誤；
故選：A、C；
（3）據題目信息和氧化還原反應中化合價發生變化確定找出反應物：Fe³⁺、ClO^-，生成物：FeO₄^2-、Cl^-，根據電子得失守恒：Fe（+3→+6），Cl（+1→-1），最小公倍數為6，所以Fe³⁺、FeO₄^2-前系數都為2，ClO^-、Cl^-，前系數都為3，結合質量守恒和電荷守恒可得2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，
故答案為：2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
（4）高鐵酸鉀（K₂FeO₄）與水反應時，生成紅褐色膠體的同時釋放出一種具有氧化性的氣體單質為氧氣，根據電子得失守恒和質量守恒來配平，可得4FeO₄^2-+10H₂O═4Fe（OH）₃（膠體）+3O₂↑+8OH^-．
故答案為：4FeO₄^2-+10H₂O═4Fe（OH）₃（膠體）+3O₂↑+8OH^-．

點評 本題結合高鐵酸鉀（K₂FeO₄）的制備主要考查了氧化還原反應的知識、離子方程式的書寫等，培養了學生運用知識的能力，題目難度中等．