Question

20．新型净水剂高铁酸钾（K₂FeO₄）为暗紫色固体，可溶于水，在中性或酸性溶液中逐渐分解，在碱性溶液中稳定．工业上常采用NaClO氧化法生产，原理为：
3NaClO+2Fe（NO₃）₃+10NaOH═2Na₂FeO₄↓+3NaCl+6NaNO₃+5H₂O
Na₂FeO₄+2KOH═K₂FeO₄+2NaOH
主要的生产流程如下：

（1）写出反应①的离子方程式Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O．
（2）流程图中“转化”是在某低温下进行的，说明此温度下Ksp（K₂FeO₄）＜Ksp（Na₂FeO₄）（填“＞”或“＜”或“=”）．
（3）反应的温度、原料的浓度和配比对高铁酸钾的产率都有影响．
图1为不同的温度下，Fe（NO₃）₃不同质量浓度对K₂FeO₄生成率的影响；
图2为一定温度下，Fe（NO₃）₃质量浓度最佳时，NaClO浓度对K₂FeO₄生成率的影响．

①工业生产中最佳温度为26℃，此时Fe（NO₃）₃与NaClO两种溶液最佳质量浓度之比为6：5．
②若NaClO加入过量，氧化过程中会生成Fe（OH）₃，写出该反应的离子方程式：3ClO^-+Fe³⁺+3H₂O=Fe（OH）₃↓+3HClO．
若Fe（NO₃）₃加入过量，在碱性介质中K₂FeO₄与Fe³⁺发生氧化还原反应生成K₃FeO₄，此反应的离子方程式：2FeO₄^2-+Fe³⁺+8OH^-=3FeO₄^3-+4H₂O．
（4）上述工艺得到的高铁酸钾常含有杂质，可用重结晶发提纯，操作是：将粗产品用稀KOH溶液溶解，再加入饱和KOH溶液，然后冷却结晶．（请选择合适的试剂，填试剂名称）
①H₂O    ②稀KCl溶液    ③稀KOH溶液    ④饱和KOH溶液．

Answer 1

分析 根据流程，得到高铁酸钾，工业上常采用NaClO氧化法生产，原理为：向氢氧化钠中通入氯气，可以得到次氯酸钠溶液，调节pH，向其中加入硝酸铁，次氯酸钠可以将之氧化，3NaClO+2Fe（NO₃）₃+10NaOH=2Na₂FeO₄↓+3NaCl+6NaNO₃+5H₂O，过滤，即可得到高铁酸钠，向其中加入氢氧化钾，可以得到高铁酸钾，即Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄+2NaOH．
（1）氯气和氢氧化钠反应生成氯化钠、次氯酸钠和水；
（2）相同温度下，溶度积大的物质向溶度积小的物质转化；
（3）①寻找最佳温度要具备的条件：该温度下反应速率快，生成高铁酸钾的产率较大两方面；
②从盐类的水解角度分析；根据反应物和生成物书写反应的离子方程式；
（4）由题目信息可知，K₂FeO₄可溶于水，在中性或酸性溶液中能分解，在碱性溶液中稳定，在分离提提纯的时候就要在碱性环境中进行，要防止引入新杂质，所以需要将K₂FeO₄粗产品在稀KOH溶液中溶解，然后加入饱和KOH溶液，冷却结晶．

解答 解：（1）氯气和氢氧化钠反应生成氯化钠、次氯酸钠和水，离子反应方程式为：Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O，故答案为：Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O；
（2）相同温度下，溶度积大的物质向溶度积小的物质转化，所以K_sp（K₂FeO₄）＜K_sp（Na₂FeO₄），故答案为：＜；
（3）①寻找最佳温度要具备的条件：该温度下反应速率快，生成高铁酸钾的产率较大两方面，所以工业生产中最佳温度为26℃，因为在该温度下生成高铁酸钾的产率最大，此时Fe（NO₃）₃与NaClO两种溶液最佳质量浓度之比$\frac{330}{275}$=1.2，即6：5，故答案为：26；6：5；
②若NaClO加入过量，氧化过程中会生成Fe（OH）₃，原因是NaClO水解呈碱性，Fe（NO₃）₃水解呈酸性，二者发生互促水解，反应的离子方程式为3ClO^-+Fe³⁺+3H₂O=Fe（OH）₃↓+3HClO，碱性介质中K₂FeO₄与Fe³⁺发生氧化还原反应生成K₃FeO₄，反应的离子方程式为2FeO₄^2-+Fe³⁺+8OH^-=3FeO₄^3-+4H₂O，故答案为：3ClO^-+Fe³⁺+3H₂O=Fe（OH）₃↓+3HClO；2FeO₄^2-+Fe³⁺+8OH^-=3FeO₄^3-+4H₂O；
（4）由题目信息可知，K₂FeO₄可溶于水，在中性或酸性溶液中能分解，在碱性溶液中稳定，在分离提提纯的时候就要在碱性环境中进行，要防止引入新杂质，所以需要将K₂FeO₄粗产品在稀KOH溶液中溶解，然后加入饱和KOH溶液，冷却结晶，过滤，故答案为：稀KOH溶液；饱和KOH溶液．

点评 考查考查物质的制备方案的设计、难溶电解质的溶解平衡，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．