Question

3．[化学--选修化学与技术]
高铁酸钾（K₂FeO₄）是一种集氧化、吸附、絮凝于一体的新型多功能水处理剂，其生产工艺如图：

已知：2Fe（NO₃）₃+3KCl+10KOH=2K₂FeO₄+6KNO₃+3KCl+5H₂O回答下列问题：
（1）将Cl₂通入KOH溶液中发生反应的离子方程式是Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O．
（2）写出工业上制取Cl₂的化学方程式2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑．
（3）在“反应液I”中加入KOH固体的目的是使氯气完全反应生成KClO，且将溶液转化为碱性溶液．
（4）K₂FeO₄可作为新型多功能水处理剂的原因是K₂FeO₄具有强氧化性，可杀菌消毒；还原产物Fe元素为+3价，在水中形成Fe（OH）₃胶体，可吸附水中悬浮物形成沉淀．
（5）配制KOH溶液时，将61.6g KOH固体溶解在100mL水中，所得溶液的密度为 1.47g•mL^-1，则该溶液的物质的量浓度为10mol/L．
（6）从“反应液Ⅱ”中分离出K₂FeO₄后，副产品是KNO₃、KCl （写化学式）．
（7）该工艺每得到1.98kg K₂FeO₄，理论上消耗Cl₂的物质的量为15mol．

Answer 1

分析 足量Cl₂通入和KOH溶液中，发生反应Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O，向反应液I中加入KOH，使氯气完全反应，且将溶液转化为碱性溶液，只有碱性条件下次氯酸根离子才能和铁离子发生氧化还原反应生成高铁酸根离子，除去KCl得到碱性的KClO浓溶液，向碱性的KClO浓溶液中加入90%的Fe（NO₃）₃溶液，发生反应2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，得到反应液II，纯化得到湿产品，将湿产品洗涤、干燥得到晶体K₂FeO₄，
（1）Cl₂通入KOH溶液中反应生氯化钾和次氯酸钾；
（2）工业是利用电解饱和食盐水制取氯气；
（3）根据生产工艺流程图，第①步氯气过量，第③步需要碱性条件，据此分析；
（4）K₂FeO₄具有强氧化性，可杀菌消毒，同时被还原形成Fe（OH）₃胶体，可吸附水中悬浮物形成沉淀；
（5）根据n=$\frac{m}{M}$计算出氢氧化钾的物质的量，溶液质量等于溶质质量与溶剂质量之和，利用V=$\frac{m}{ρ}$计算溶液体积，再根据c=$\frac{n}{V}$计算氢氧化钾溶液的物质的量浓度；
（6）由工艺流程及③可知，从“反应液II”中分离出K₂FeO₄后，会有副产品KNO₃、KCl；
（7）根据反应Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O和2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，可得关系式2K₂FeO₄～3Cl₂，根据关系式可计算出氯气的物质的量．

解答 解：（1）Cl₂通入和KOH溶液中，发生反应Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O；
故答案为：Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O；
（2）工业是利用电解饱和食盐水制取氯气．反应方程式为：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑；
故答案为：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑；
（3）第①步氯气过量，第③步需要碱性条件，向反应液I中加入KOH，使氯气完全反应生成KClO，且将溶液转化为碱性溶液；
故答案为：使氯气完全反应生成KClO，且将溶液转化为碱性溶液；
（4）K₂FeO₄具有强氧化性，可杀菌消毒，同时被还原形成Fe（OH）₃胶体，可吸附水中悬浮物形成沉淀，所以K₂FeO₄可作为新型多功能水处理剂的原因是①K₂FeO₄具有强氧化性，可杀菌消毒；②还原产物Fe元素为+3价，在水中形成Fe（OH）₃胶体，可吸附水中悬浮物形成沉淀；
故答案为：K₂FeO₄具有强氧化性，可杀菌消毒；还原产物Fe元素为+3价，在水中形成Fe（OH）₃胶体，可吸附水中悬浮物形成沉淀；
（5）61.6g KOH固体的物质的量n=$\frac{m}{M}$=$\frac{61.6g}{56g/mol}$=1.1mol，溶液的质量为100mL×1g/mL+61.6g=161.6g，所以溶液的体积V=$\frac{m}{ρ}$=$\frac{161.6g}{1.47×1{0}^{3}g/L}$=$\frac{161.6}{1470}$L，所以氢氧化钾溶液的物质的量浓度c=$\frac{n}{V}$=1.1mol÷$\frac{161.6}{1470}$=10mol/L；
故答案为：10mol/L；
（6）由工艺流程及③可知，从“反应液II”中分离出K₂FeO₄后，会有副产品KNO₃、KCl；
故答案为：KNO₃、KCl；
（7）根据反应Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O和2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，可得关系式2K₂FeO₄～3Cl₂，1.98kg K₂FeO₄的物质的量为10mol，根据关系式可知氯气的物质的量为15mol；
故答案为：15．

点评 本题考查了物质的制备，涉及对工艺流程的理解、氧化还原反应、对条件的控制选择与理解、有关计算等，理解工艺流程原理是解题的关键，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础与灵活运用能力，题目难度中等．