Question

11．工业上制备K₂FeO₄的流程如下：

（1）实验室配制FeSO₄溶液时，需加入铁粉和稀硫酸，试说明加稀硫酸原因抑制FeSO₄的水解．
（2）第一次氧化时，需要控制温度不超过35℃，原因是温度过高H₂O₂会分解．
（3）用饱和KOH溶液结晶的原因是提供K⁺
（4）洗涤时用乙醚作洗涤剂的原因是减少K₂FeO₄的损失．
（5）控制NaOH的量一定，改变FeSO₄•7H₂O的投入量时，可以控制产率，假设所有反应均完全时产率最高则n（FeSO₄•7H₂O）：n（NaOH）理论值应为1：5．
（6）经测定第一、二次氧化时的转化率分别为a和b，结晶时的转化率为c，若要制备d Kg的K₂FeO₄，则需要FeSO₄•7H₂O$\frac{139d}{99abc}$或$\frac{278d}{198abc}$Kg．（K₂FeO₄的相对分子质量是198；FeSO₄•7H₂O的相对分子质量是278；答案用分数表示）
（7）电解法也能制备K₂FeO₄．用KOH溶液作电解液，在以铁作阳极可以将铁氧化成FeO₄^2-，试写出此时阳极的电极反应式Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O．

Answer 1

分析 绿矾加入水溶解，加入硫酸和过氧化氢氧化亚铁离子，再加入氢氧化钠和次氯酸钠氧化铁离子生成高铁酸钠溶液，过滤后得到滤液通过蒸发浓缩，冷却结晶过滤得到晶体加入饱和KOH溶液提供钾离子得到高铁酸钾晶体，过滤洗涤干燥得到产品高铁酸钾，
（1）FeSO₄溶液中亚铁离子易被氧化生成铁离子，亚铁离子水解生成氢氧化亚铁，加入铁粉防止氧化，加入硫酸防止水解；
（2）过氧化氢受热易发生分解失去氧化作用；
（3）上述分析可知用饱和KOH溶液提供钾离子结晶高铁酸钾晶体；
（4）高铁酸钾不溶于乙醚，用乙醚作洗涤剂减少产品损失；
（5）假设所有反应均完全时产率最高，依据元素守恒分析计算；
（6）结合铁元素守恒分析计算；
（7）电解时阳极发生氧化反应，Fe在碱性条件下被氧化为FeO₄^2-．

解答 解：（1）FeSO₄溶液中亚铁离子易被氧化生成铁离子，亚铁离子水解生成氢氧化亚铁，加入铁粉防止氧化，加入硫酸防止水解，实验室配制FeSO₄溶液时，需加入铁粉和稀硫酸，加稀硫酸原因是抑制FeSO₄的水解，
故答案为：抑制FeSO₄的水解；
（2）第一次氧化时，需要控制温度不超过35℃，原因是过氧化氢受热易发生分解失去氧化作用，
故答案为：温度过高H₂O₂会分解；
（3）上述分析可知用饱和KOH溶液提供钾离子结晶析出高铁酸钾晶体，用饱和KOH溶液结晶的原因是提供K⁺离子，
故答案为：提供K⁺；
（4）高铁酸钾不溶于乙醚，洗涤时用乙醚作洗涤剂的原因是用乙醚作洗涤剂减少产品损失，
故答案为：减少K₂FeO₄的损失；
（5）反应中Fe³⁺→FeO₄^2-，铁元素化合价由+3价升高为+6价，化合价总升高3价，ClO^-→Cl^-，氯元素化合价由+1降低为-1价，化合价总共降低2价，化合价升降最小公倍数为6，故Fe³⁺系数为2，ClO^-系数为3，由铁元素守恒可知 FeO₄^2-系数为2，由氯元素守恒可知Cl^-系数为3，根据钠元素守恒可知OH^-系数为10，由氢元素守恒可知H₂O系数为5，配平离子方程式：3ClO^-+2Fe³⁺+10OH^-═2FeO₄^2-+3Cl^-+5 H₂O，假设所有反应均完全时产率最高，假设所有反应均完全时产率最高则n（FeSO₄•7H₂O）：n（NaOH）理论值应为1：5，
故答案为：1：5；
（6）经测定第一、二次氧化时的转化率分别为a和b，结晶时的转化率为c，若要制备d Kg的K₂FeO₄，元素守恒得到铁元素物质的量$\frac{d}{198}$Kmol，设需要绿矾质量为xkg，则得到x×abc=$\frac{d}{198}$×278
则需要FeSO₄•7H₂O 质量=$\frac{278d}{198abc}$kg=$\frac{139d}{99abc}$kg，
故答案为：$\frac{139d}{99abc}$或$\frac{278d}{198abc}$；
（7）电解时阳极发生氧化反应，Fe在碱性条件下被氧化为FeO₄^2-，电极反应式为：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O，
故答案为：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O．

点评 本题考查了物质制备方法的分析，流程中试剂选择，产物判断，实验基本操作的目的和作用，掌握基础是解题关键，题目难度中等．