题目内容
【题目】实验小组制备高铁酸钾(K2FeO4)并探究其性质。
资料:K2FeO4为紫色固体,微溶于KOH溶液;具有强氧化性,在酸性或中性溶液中快速产生O2,在碱性溶液中较稳定。
制备K2FeO4(夹持装置略)
(1)A为氯气发生装置,A中反应离子方程式是:___。
(2)将除杂装置B补充完整并标明所用试剂。___。
(3)C中得到紫色固体和溶液。C中Cl2发生的反应有:3Cl2+2Fe(OH)3+10KOH→2K2FeO4+6KCl+8H2O,另外还有:___。
(4)已知Cl2与KOH在较高温度下反应生成KClO3。为了保证生产KClO,在不改变KOH溶液的浓度和体积的条件下,控制反应在0℃~5℃进行,实验中可采取的措施是:___、__。
探究K2FeO4的性质
(5)高铁酸钾常用于工业废水与城市生活污水的处理,可用作高效水处理剂,表现在水中与污染物作用的过程中,经过一系列反应,由六价降至三价后,能对水产生净化作用的原因是(结合离子方程式回答):____。
(6)取C中紫色溶液,加入稀硫酸,产生黄绿色气体,得溶液a,经检验气体中含有Cl2,为证明是否K2FeO4氧化了Cl-而产生Cl2,设计以下方案:
方案I | 取少量a,滴加KSCN溶液至过量,溶液呈红色 |
方案II | 用KOH溶液充分洗涤C中所得固体,再用KOH溶液将K2FeO4溶出,得到紫色溶液b,取少量b,滴加盐酸,有Cl2产生 |
i.由方案I中溶液变红可知a中含有__离子,但该离子的产生不能判断一定K2FeO4将Cl-氧化,还可能由___产生(用离子方程式表示)。
ii.方案II可证明K2FeO4氧化了Cl-。
(7)用KOH溶液洗涤的目的是___。
(8)根据K2FeO4的制备实验得出:氧化性Cl2__FeO42-(填“>”或“<”),而方案II实验表明,Cl2和FeO42-的氧化性强弱关系相反,原因是___。
(9)资料表明,酸性溶液中的氧化性FeO42->MnO42-,验证实验如下:
将溶液b滴入MnSO4和足量H2SO4的混合溶液中,振荡后溶液呈浅紫色,该现象能否证明氧化性FeO42->MnO42-,若能,请说明理由;若不能,进一步设计实验方案,理由或方案:__。
【答案】2MnO4-+10Cl-+16H+=5Cl2↑+2Mn2++8H2O 3Cl2+2Fe(OH)3+10KOH=2K2FeO4+6KCl+8H2O 将装置C中的三颈烧瓶放在冰水浴 在通入氯气的过程中不断搅拌 4FeO42-+10H2O=4Fe(OH)3+3O2↑+8OH-,生成的Fe(OH)3具有净水作用 Fe3+ 4FeO42-+20H+=4Fe3++3O2↑+10H2O 使K2FeO4稳定溶出,并把K2FeO4表面吸附的ClO-除尽,防止ClO-与Cl-在酸性条件下反应产生Cl2,避免ClO-干扰实验 > 溶液酸碱性不同 能说明,理由:FeO42-在过量酸的作用下完全转化为Fe3+和O2,溶液浅紫色一定是MnO42-的颜色;不能说明,方案:向紫色溶液b中滴加过量稀硫酸,观察溶液紫色快速褪去还是显浅紫色。
【解析】
(1)高锰酸钾溶液与浓盐酸加热反应生成氯化钾、氯化锰、氯气和水,据此写出离子方程式;
(2)浓盐酸具有挥发性,因此产生的氯气中含有少量的氯化氢和水蒸气,因此为了不影响后续实验,除杂装置B中加入饱和食盐水,据此进行分析;
(3)由于KOH过量, Cl2与KOH也能发生反应;
(4)控制反应在0℃~5℃进行,采用的方法能够达到降温的目的即可;
(5)根据信息可知,碱性环境下,FeO42-发生氧化还原反应,产生Fe(OH)3胶体,具有较强的吸附作用,能够净水;
(6)i.Fe3+与KSCN溶液相遇,溶液呈红色;K2FeO4在酸性溶液中快速产生O2,自身会转化为Fe3+,据此写出离子方程式;
(7)K2FeO4晶体在碱性条件下较稳定,使用KOH溶液溶出可以使K2FeO4稳定析出,同时K2FeO4固体表面可能吸附ClO-,ClO-在酸性条件下可与Cl-反应生成Cl2,从而干扰实验;
(8)K2FeO4的制备实验中,Fe(OH)3在碱性条件下被Cl2氧化为FeO42-,Cl2为氧化剂,FeO42-为氧化产物,氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性,则Cl2的氧化性强于FeO42-;而方案Ⅱ中,FeO42-在酸性条件下氧化Cl-生成Cl2,FeO42-为氧化剂,Cl2为氧化产物,则FeO42-的氧化性强于Cl2;据此进行分析;
(9)FeO42-在过量酸的作用下完全转化为Fe3+和O2,Mn2+被氧化为MnO42-,溶液浅紫色,故能说明氧化性FeO42->MnO42-。
(1)高锰酸钾溶液与浓盐酸混合,反应生成氯化钾、氯化锰、氯气和水,A中反应离子方程式是:2MnO4-+10Cl-+16H+=5Cl2↑+2Mn2++8H2O;
故答案是:2MnO4-+10Cl-+16H+=5Cl2↑+2Mn2++8H2O;
(2)浓盐酸具有挥发性,因此产生的氯气中含有少量的氯化氢,为了不影响后续实验,除杂装置B中加入饱和食盐水,用以除去氯化氢,B中导管应为“长进短出”,如图所示:;
故答案是:;
(3)由于KOH过量,Cl2与KOH反应生成氯化钾和次氯酸钾,离子方程式为:Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O;
故答案是:Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O;
(4)若要控制反应在0℃~5℃进行,实验时将装置C中的三颈烧瓶放在冰水浴,也可以在通入氯气的过程中不断搅拌,以达到降温目的;
故答案是:将装置C中的三颈烧瓶放在冰水浴;在通入氯气的过程中不断搅拌;
(5)根据信息可知,碱性环境下,FeO42-发生氧化还原反应,产生Fe(OH)3胶体,具有较强的吸附作用,能够净水;离子方程式为:4FeO42-+10H2O=4Fe(OH)3+3O2↑+8OH-;
故答案是:4FeO42-+10H2O=4Fe(OH)
(6)i.方案Ⅰ中加入KSCN溶液至过量,溶液呈红色,说明反应后溶液中含有Fe3+;根据题干资料信息:K2FeO4在酸性溶液中快速产生O2,自身会转化为Fe3+;离子方程式为4FeO42-+20H+=4Fe3++3O2↑+10H2O;
故答案是:Fe3+;4FeO42-+20H+=4Fe3++3O2↑+10H2O;
(7)K2FeO4晶体在碱性条件下较稳定,使用KOH溶液洗涤可以使K2FeO4稳定析出,同时K2FeO4固体表面可能吸附ClO-,ClO-在酸性条件下可与Cl-反应生成Cl2,从而干扰实验,因此用KOH溶液洗涤的目的是:使K2FeO4稳定溶出,同时洗去K2FeO4固体表面吸附的ClO-,防止ClO-与Cl-在酸性条件下反应产生Cl2,干扰实验;
故答案是:使K2FeO4稳定溶出,并把K2FeO4表面吸附的ClO-除尽,防止ClO-与Cl-在酸性条件下反应产生Cl2,避免ClO-干扰实验;
(8)K2FeO4的制备实验中,Fe(OH)3在碱性条件下被Cl2氧化为FeO42-,Cl2为氧化剂,FeO42-为氧化产物,氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性,则Cl2的氧化性强于FeO42-;而方案Ⅱ中,FeO42-在酸性条件下氧化Cl-生成Cl2,FeO42-为氧化剂,Cl2为氧化产物,则FeO42-的氧化性强于Cl2;氧化性强弱关系相反的原因是两个反应体系的酸碱性不同,因此溶液的酸碱性会影响物质的氧化性的强弱。
故答案是:>;溶液酸碱性不同;
(9)向含有FeO42-溶液滴入MnSO4和足量H2SO4的混合溶液中,振荡后溶液呈浅紫色,FeO42-在过量酸的作用下完全转化为Fe3+和O2,溶液浅紫色一定是MnO42-的颜色,故能说明氧化性FeO42->MnO42-;由于K2FeO4为紫色固体,若向含有FeO42-溶液滴入MnSO4和足量H2SO4的混合溶液中,若观察到溶液的颜色仍为浅紫色;若二者没有发生反应,则氧化性:FeO42-<MnO42-;
故答案是:能说明;FeO42-在过量酸的作用下完全转化为Fe3+和O2,溶液浅紫色一定是MnO42-的颜色;不能说明,向紫色溶液b中滴加过量稀硫酸,观察溶液紫色快速褪去还是显浅紫色。
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【题目】在100℃时,将0.100mol的N2O4气体充入1L抽空密闭容器中,发生反应:N2O4(g)2NO2.现在隔一定时间对该容器内的物质进行分析,得到如下表格:
t/s c/(molL﹣1) | 0 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
c(N2O4)/(molL﹣1) | 0.100 | c1 | 0.050 | c3 | a | b |
c(NO2)/(molL﹣1) | 0 | 0.060 | c2 | 0.120 | 0.120 | 0.120 |
试回答下列问题:
(1)达到平衡时N2O4的转化率为_____%,表中c2_____c3,a_____b(后两空选填>、<、=)
(2)20 s的N2O4的浓度c1=_____mol/L在0~20s内N2O4的平均反应速率为_____mol/(Ls);
(3)若其他反应条件以及初始物质物质的量不变,将反应的温度降低到80℃时,达到平衡时NO2的物质的量为0.100 mol,那么正反应是_____反应(选填吸热或放热)
(4)若在相同初始情况下最初向该容器充入的是二氧化氮气体,要达到上述同样的平衡状态,二氧化氮的起始浓度为_____mol/L。