Question

4．实验室用如图所示装置制备KClO溶液，并通过KClO溶液与Fe（NO₃）₃溶液的反应制备高效水处理剂K₂FeO₄．已知K₂FeO₄具有下列性质：①可溶于水、微溶于浓KOH溶液；②在0℃～5℃、强碱性溶液中比较稳定；③在Fe³⁺和Fe（OH）₃催化作用下发生分解；④在酸性至弱碱性条件下，能与水反应生成Fe（OH）₃和O₂．

（1）装置A中KMnO₄与浓盐酸反应生成MnCl₂和Cl₂，其离子方程式为2MnO₄^-+16H⁺+10Cl^-=2Mn²⁺+5Cl₂↑+8H₂O．将制备的Cl₂通过装置B可除去HCl（填化学式）．
（2）Cl₂和KOH在较高温度下反应生成KClO₃．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缓慢滴加盐酸、装置C用冰水浴中．
（3）制备K₂FeO₄时，KClO饱和溶液与Fe（NO₃）₃饱和溶液的混合方式为在搅拌下，将Fe（NO₃）₃饱和溶液缓慢滴加到KClO 饱和溶液中．
（4）提纯K₂FeO₄粗产品的实验方案为：将一定量的K₂FeO₄粗产品溶于冷的3mol•L^-1KOH溶液中，（实验中须使用的试剂有：饱和KOH溶液，乙醇；除常用仪器外须使用的仪器有：砂芯漏斗，真空干燥箱）．

Answer 1

分析 根据实验装置图可知，在A中用高锰酸钾与浓盐酸制得氯气，氯气中有挥发的氯化氢在B装置中用饱和食盐水除去，氯得的氯气通入氢氧化钾溶液中搅拌，生成次氯酸钾，实验中氯气尾气在D装置中用氢氧化钾溶液吸收，
（1）KMnO₄具有强氧化性，将盐酸中氯离子氧化为Cl₂，反应还有水生成，KMnO₄、HCl、MnCl₂改写成离子形式，Cl₂、H₂O为分子式形式，配平书写离子方程式；
盐酸易挥发，制备的氯气中含有HCl，应饱和食盐水吸收HCl除去；
（2）Cl₂和KOH在较高温度下反应生成KClO₃，制取KClO温度反应在0℃～5℃，装置C应放在冰水浴中，充分利用原料，应降低通入氯气的速率；
（3）K₂FeO₄在Fe³⁺和Fe（OH）₃催化作用下发生分解，应把Fe（NO₃）₃饱和溶液滴加到KClO溶液中；
（4）用砂芯漏斗过滤，除去氢氧化铁，由于K₂FeO₄可溶于水、微溶于浓KOH溶液，将滤液置于冰水浴中，向滤液中加入饱和的KOH溶液，析出K₂FeO₄晶体，再进行过滤，用乙醇洗涤，减少因溶解导致晶体损失，最后在真空干燥箱中干燥．

解答 解：（1）KMnO₄具有强氧化性，将盐酸中氯离子氧化为Cl₂，反应还有水生成，KMnO₄、HCl、MnCl₂改写成离子形式，Cl₂、H₂O为分子式形式，离子方程式为：2MnO₄^-+16H⁺+10Cl^-=2Mn²⁺+5Cl₂↑+8H₂O；
由于盐酸易挥发，制备的氯气中含有HCl，而氯化氢在饱和食盐水中溶解度较小，应饱和食盐水吸收氯气中的HCl，
故答案为：2MnO₄^-+16H⁺+10Cl^-=2Mn²⁺+5Cl₂↑+8H₂O；HCl；
（2）Cl₂和KOH在较高温度下反应生成KClO₃，制取KClO温度反应在0℃～5℃，装置C应放在冰水浴中，充分利用原料，缓慢滴加盐酸，减慢生成氯气的速率，
故答案为：缓慢滴加盐酸、装置C用冰水浴中；
（3）K₂FeO₄在Fe³⁺和Fe（OH）₃催化作用下发生分解，应把Fe（NO₃）₃饱和溶液滴加到KClO溶液中，具体操作为：在搅拌下，将Fe（NO₃）₃饱和溶液缓慢滴加到KClO 饱和溶液中，
故答案为：在搅拌下，将Fe（NO₃）₃饱和溶液缓慢滴加到KClO 饱和溶液中；
（4）提纯K₂FeO₄粗产品[含有Fe（OH）₃、KCl等杂质]的实验方案为：将一定量的K₂FeO₄粗产品溶于冷的3mol•L^-1KOH溶液中，用砂芯漏斗过滤，将滤液置于冰水浴中，向滤液中加入饱和的KOH溶液，再用砂芯漏斗过滤，晶体用乙醇洗涤2-3次后，在真空干燥箱中干燥，
故答案为：用砂芯漏斗过滤，将滤液置于冰水浴中，向滤液中加入饱和的KOH溶液，再用砂芯漏斗过滤，晶体用乙醇洗涤2-3次后，在真空干燥箱中干燥．

点评 本题考查实验制备方案的设计，题目难度中等，明确实验目的、实验原理为解答关键，（4）为难点，注意掌握化学实验方案设计原则，试题培养了学生的分析、理解能力及化学实验能力．