Question

20．高铁酸钾（K₂FeO₄）是一种高效的多功能的水处理剂．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．工业上常采用NaClO氧化法生产K₂FeO₄，主要流程如下：

其中“氧化”阶段的反应原理为：2FeCl₃+10NaOH+3NaClO=2Na₂FeO₄+9NaCl+5H₂O
（1）“吸氯”应在温度较低的情况下进行，因为温度较高时反应生成的是NaClO₃．
①写出在温度较高时NaOH 与Cl₂ 反应的化学方程式3Cl₂+6NaOH$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaClO₃+5NaCl+3H₂O，该反应中每转移1mol电子参加反应的Cl₂ 是0.6mol．
②“吸氯”阶段为了使Cl₂尽可能被NaOH溶液吸收完全，除了及时搅拌反应物外，还可采取的合理措施是适当增大NaOH溶液浓度、缓慢通入氯气、增大氯气与溶液的接触面积（写出两条）．
（2）“氧化”阶段制备Na₂FeO₄时，NaClO饱和溶液与FeCl₃饱和溶液的混合方式为在搅拌下，将FeCl₃饱和溶液缓慢滴加到NaClO饱和溶液中．
（3）“转化”是在保持温度在20℃并充分搅拌下完成的，该反应的化学方程式为Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄↓+2NaOH．
（4）“洗涤”工序中采用异丙醇（一种有机溶剂）作为洗涤剂而不用蒸馏水，两个主要优点是
防止K₂FeO₄溶解或分解而损耗、洗涤后易干燥．
（5）已知该生产工艺K₂FeO₄固体的综合产率约为40%，其他原料充足的情况下，35.5tCl₂可制备26.4t K₂FeO₄固体．

Answer 1

分析 根据流程，向氢氧化钠中通入氯气，可以得到次氯酸钠溶液，向其中加入氯化铁，次氯酸钠可以将之氧化，3NaClO+2FeCl₃+10NaOH=2Na₂FeO₄↓+9NaCl+5H₂O，分离出氯化钠后，即可得到高铁酸钠，向其中加入饱和氢氧化钾溶液，发生反应Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄+2NaOH，可以得到高铁酸钾，经重结晶，洗涤后得K₂FeO₄，
（1）①在温度较高时NaOH 与Cl₂ 反应生成氯酸钠和氯化钠，根据反应中转移电子数目可计算得Cl₂ 的物质的量；
②“吸氯”阶段为了使Cl₂尽可能被NaOH溶液吸收完全，可以适当增大NaOH 溶液浓度、缓慢通入氯气、增大氯气与溶液的接触面积；
（2）“氧化”阶段制备Na₂FeO₄时，为使NaClO能将FeCl₃充分氧化，必须保持较高 的浓度，所以在搅拌下，将FeCl₃饱和溶液缓慢滴加到NaClO饱和溶液中；
（3）“转化”过程是Na₂FeO₄和KOH反应生成K₂FeO₄，根据元素守恒书写反应的化学方程式；
（4）“洗涤”工序中为防止K₂FeO₄溶解而造成损失，所以不用水而采用异丙醇，同时异丙醇能挥发，洗涤后易干燥；
（5）根据反应：Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O、3NaClO+2FeCl₃+10NaOH=2Na₂FeO₄↓+9NaCl+5H₂O、Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄↓+2NaOH，可得关系式Cl₂～NaClO～$\frac{2}{3}$Na₂FeO₄～$\frac{2}{3}$K₂FeO₄，根据Cl₂的质量可计算出K₂FeO₄固体的质量；

解答 解：根据流程，向氢氧化钠中通入氯气，可以得到次氯酸钠溶液，向其中加入氯化铁，次氯酸钠可以将之氧化，3NaClO+2FeCl₃+10NaOH=2Na₂FeO₄↓+9NaCl+5H₂O，分离出氯化钠后，即可得到高铁酸钠，向其中加入饱和氢氧化钾溶液，发生反应Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄+2NaOH，可以得到高铁酸钾，经重结晶，洗涤后得K₂FeO₄，
（1）①在温度较高时NaOH 与Cl₂ 反应生成氯酸钠和氯化钠，反应方程式为3Cl₂+6NaOH$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaClO₃+5NaCl+3H₂O，在反应中每转移5mol电子，有3mol氯气参加反应，所以每转移1mol电子参加反应的Cl₂是0.6mol，
故答案为：3Cl₂+6NaOH$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaClO₃+5NaCl+3H₂O；0.6；
②“吸氯”阶段为了使Cl₂尽可能被NaOH溶液吸收完全，可以适当增大NaOH 溶液浓度、缓慢通入氯气、增大氯气与溶液的接触面积，
故答案为：适当增大NaOH 溶液浓度、缓慢通入氯气、增大氯气与溶液的接触面积；
（2）“氧化”阶段制备Na₂FeO₄时，为使NaClO能将FeCl₃充分氧化，必须保持较高 的浓度，所以在搅拌下，将FeCl₃饱和溶液缓慢滴加到NaClO饱和溶液中，
故答案为：在搅拌下，将FeCl₃饱和溶液缓慢滴加到NaClO饱和溶液中；
（3）“转化”过程是Na₂FeO₄和KOH反应生成K₂FeO₄，反应的化学方程式为Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄↓+2NaOH，
故答案为：Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄↓+2NaOH；
（4）“洗涤”工序中为防止K₂FeO₄溶解而造成损失，所以不用水而采用异丙醇，同时异丙醇能挥发，洗涤后易干燥，
故答案为：防止K₂FeO₄溶解或分解而损耗、洗涤后易干燥；
（5）根据反应：Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O、3NaClO+2FeCl₃+10NaOH=2Na₂FeO₄↓+9NaCl+5H₂O、Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄↓+2NaOH，可得关系式Cl₂～NaClO～$\frac{2}{3}$Na₂FeO₄～$\frac{2}{3}$K₂FeO₄，35.5tCl₂的物质的量为$\frac{35.5×1{0}^{6}}{71}$mol=5×10⁵mol，根据关系式可知K₂FeO₄固体的物质的量为$\frac{2}{3}$×5×10⁵mol×40%，其质量为$\frac{2}{3}$×5×10⁵mol×198g/mol×40%=26.4t，
故答案为：26.4．

点评 考查考查物质的制备方案的设计、根据方程式计算等知识，题目难度中等，解答本题时注意把握题给信息，学习中注重知识迁移能力的培养．