Question

12．高铁酸钾（K₂FeO₄）是一种新型、高效、多功能水处理剂．如图是以铁屑为原料制备K₂FeO₄的工艺流程图：

请回答下列问题：
（1）氯气与铁屑反应生成FeCl₃ 的条件是点燃，其生成物氯化铁也可作净水剂，其净水原理为Fe³⁺水解生成的Fe（OH）3胶体具有吸附性．
（2）流程图中的吸收剂X 为d（选填字母代号）．
a．NaOH 溶液　b．Fe 粉　c．FeSO₄ 溶液　d．FeCl₂溶液
（3）氯气与NaOH 溶液反应生成氧化剂Y 的离子方程式为Cl₂+2OH^-=ClO^-+Cl^-+H₂O．
（4）反应④的化学方程式为2FeCl₃+3NaClO+10NaOH=2Na₂FeO4+9NaCl+5H₂O，该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为3：2．
（5）K₂FeO₄的净水原理是4FeO₄^2-+10H₂O?4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂↑，该反应生成具有吸附性的Fe（OH）₃．用上述方法制备的粗K₂FeO₄需要提纯，可采用重结晶、洗涤、低温烘干的方法，洗涤剂可选用稀KOH 溶液，原因是碱性溶液中，上述反应向逆反应方向进行，可减少洗涤时K2FeO4的损失．
（6）测定制备的粗K₂FeO₄的纯度可用滴定法，滴定时有关反应的离子方程式为：
①FeO₄^2-+CrO₂^-+2H₂O═CrO₄^2-+Fe（OH）₃↓+OH^-
②2CrO₄^2-+2H⁺═Cr₂O₇^2-+H₂O
③Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O
现称取1.98g 粗K₂FeO₄样品溶于适量KOH 溶液中，加入稍过量的KCrO₂，充分反应后过滤，滤液在250mL 容量瓶中定容．每次取25.00mL 加入稀硫酸酸化，用0.100 0mol•L^-1的（NH₄）₂Fe（SO₄）₂ 标准溶液滴定，三次滴定消耗标准溶液的平均体积为18.93mL．则上述样品中K₂FeO₄的质量分数为63.1%．

Answer 1

分析 根据题中反应流程，铁与氯气在点燃的条件可以反应生成氯化铁，反应的尾气主是氯气，用试剂X吸收后得氯化铁溶液，所以X为氯化亚铁溶液，氯气与氢氧化钠反应生成氯化钠和次氯酸钠，能作氧化剂的是次氯酸钠，所以Y为次氯酸钠，次氯酸钠在碱性溶液中将氯化铁氧化成Na₂FeO₄，Na₂FeO₄在饱和氢氧化钾溶液中生成溶解度较小的K₂FeO₄，
（1）铁在氯气中燃烧生成FeCl₃，Fe³⁺水解生成的Fe（OH）₃ 胶体具有吸附性；
（2）氯化亚铁与Cl₂反应能生成FeCl₃；
（3）NaOH 溶液与Cl₂ 反应生成NaCl、NaClO、H₂O，氧化剂Y 为NaClO；
（4）根据流程提供的反应物和生成物可书写化学方程式，根据方程式可知氧化剂与还原剂的物质的量之比；
（5）由题给的可逆反应可知，OH^-为生成物，故在碱性溶液中，可减少洗涤时K₂FeO₄ 的损失；
（6）根据反应①②③，可得关系2FeO₄^2-～2CrO₄^2-～Cr₂O₇^2-～6Fe²⁺，根据（NH₄）₂Fe（SO₄）₂ 的物质的量可求得K₂FeO₄的物质的量，进而求得其质量，根据$\frac{K{\;}_{2}FeO{\;}_{4}的质量}{样品的质量}$×100%计算．

解答 解：根据题中反应流程，铁与氯气在点燃的条件可以反应生成氯化铁，反应的尾气主是氯气，用试剂X吸收后得氯化铁溶液，所以X为氯化亚铁溶液，氯气与氢氧化钠反应生成氯化钠和次氯酸钠，能作氧化剂的是次氯酸钠，所以Y为次氯酸钠，次氯酸钠在碱性溶液中将氯化铁氧化成Na₂FeO₄，Na₂FeO₄在饱和氢氧化钾溶液中生成溶解度较小的K₂FeO₄，
（1）铁在氯气中燃烧生成FeCl₃，所以条件为点燃，氯化铁可用于净水是因为Fe³⁺水解生成的Fe（OH）₃ 胶体具有吸附性，能吸附水中的悬浮物质，
故答案为：点燃；Fe³⁺水解生成的Fe（OH）3 胶体具有吸附性；
（2）根据上面的分析可知，X为氯化亚铁溶液，故选d；
（3）NaOH 溶液与Cl₂ 反应生成NaCl、NaClO、H₂O，反应的离子方程式为Cl₂+2OH^-=ClO^-+Cl^-+H₂O，
故答案为：Cl₂+2OH^-=ClO^-+Cl^-+H₂O；
（4）反应④的化学方程式为2FeCl₃+3NaClO+10NaOH=2Na₂FeO4+9NaCl+5H₂O，其中氧化剂为NaClO，还原剂为FeCl₃，二者的物质的量之比为3：2，
故答案为：2FeCl₃+3NaClO+10NaOH=2Na₂FeO4+9NaCl+5H₂O；3：2；
（5）由题给的可逆反应可知，OH^-为生成物，故在碱性溶液中，该反应向逆反应方向进行，可减少洗涤时K₂FeO₄ 的损失，
故答案为：碱性溶液中，上述反应向逆反应方向进行，可减少洗涤时K2FeO4 的损失；
（6）根据反应①②③，可得关系2FeO₄^2-～2CrO₄^2-～Cr₂O₇^2-～6Fe²⁺，（NH₄）₂Fe（SO₄）₂ 的物质的量为0.100 0mol•L^-1×18.93×10^-3L=1.893×10^-4mol，所以K₂FeO₄的物质的量为$\frac{1}{3}$×1.893×10^-4mol，进而求得其质量为$\frac{1}{3}×$1.893×10^-4×198g，所以样品中K₂FeO₄的质量分数为$\frac{\frac{1}{3}×1.893×1{0}^{-4}×198×\frac{250}{25}}{1.98}$×100%=63.1%，
故答案为：63.1%．

点评 本题考查制备K₂FeO₄ 的工艺流程，意在考查考生对流程图信息的提取能力及实验操作能力等，中等难度．