题目内容

7．高铁酸钾（K2FeO4）是一种集氧化、吸附、絮凝、助凝、杀菌、除臭为一体的新型高效多功能绿色水处理剂，具有良好的应用前景．其生产工艺如图：

已知：①2KOH+Cl2=KCl+KClO+H2O（条件：温度较低）
②6KOH+3C12=5KCl+KClO3+3H2O（条件：温度较高）
回答下列问题：
（1）该生产工艺应在温度较低（填“温度较高’’或“温度较低”）的情况下进行．
（2）写出工业上制取Cl2的化学方程式2NaCl+2H2O $\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+H2↑+Cl2↑．
（3）写出Fe（NO3）3在强碱性条件下与KClO反应制K2FeO4的离子方程式2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5 H2O．
（4）在“反应液I”中加KOH固体的目的是AC（填序号）．
A．与“反应液I”中过量的Cl2继续反应，生成更多的KClO
B．KOH固体溶解时会放出较多的热量，有利于提高反应速率
C．为下一步反应提供反应物
D．使副产物KClO3化为KClO
（5）每制得59.4gK2FeO4，理论上消耗氧化剂的质量40.73g．
（6）从环境保护的角度看，制备Na2FeO4（实际应用中Na2FeO4可替代K2FeO4使用）较好的方法为电解法，其装置如图I所示．


①电解过程中阳极的电极反应式为Fe+8OH--6e-═FeO42-+4H2O．
②图I装置中的电源采用NaBH4（硼元素的化合价为+3）和H2O2作原料的燃料电池，电源工作原理如图Ⅱ所示．工作过程中该电源的正极反应式为H2O2+2e-=2OH-．

分析 足量Cl2通入和KOH溶液中，温度低时发生反应Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O，向溶液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-=2FeO42-+3Cl-+5H2O，得到溶液II，纯化得到湿产品，将湿产品洗涤、干燥得到晶体K2FeO4，
（1）由工艺流程及③可知，利用Fe（NO3）3与KClO制备K2FeO4，由信息②可知温度较高KOH与Cl2 反应生成的是KClO3；
（2）工业是利用电解饱和食盐水制取氯气；
（3）铁离子和次氯酸根粒子发生氧化还原反应生成高铁酸根离子，结合电荷守恒、质量守恒书写；
（4）由工艺流程可知，反应液I中有过量的Cl2反应，生成更多的KClO；
（5）根据2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O计算；
（6）①Na2FeO4能消毒、净水的原因高价铁具有氧化性，能消毒杀菌，生成Fe3+形成胶体，具有吸附悬浮物的净水的作用，电解时阳极Fe失电子发生氧化反应，电极反应方程式为Fe+8OH--6e-═FeO42-+4H2O；
②正极H2O2发生还原反应，得到电子被还原生成OH-．

解答 解：足量Cl2通入和KOH溶液中，温度低时发生反应Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O，向溶液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-=2FeO42-+3Cl-+5H2O，得到溶液II，纯化得到湿产品，将湿产品洗涤、干燥得到晶体K2FeO4，
（1）由工艺流程及③可知，利用Fe（NO3）3与KClO制备K2FeO4，由信息②可知温度较高KOH与Cl2 反应生成的是KClO3．由信息①可知，在低温下KOH与Cl2 反应生成的是KClO．故选择低温较低，故答案为：温度较低；
（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{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+H2↑+Cl2↑，故答案为：2NaCl+2H2O $\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+H2↑+Cl2↑；
（3）次氯酸跟有强氧化性，嫩将三价铁离子氧化为高铁酸根，离子方程式：2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5 H2O，
故答案为：2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5 H2O；
（4）由工艺流程可知，反应液I中有过量的Cl2反应，加KOH固体的目的是与过量的Cl2继续反应，生成更多的KClO．
A．与过量的Cl2继续反应，生成更多的KClO，故A正确；
B．由信息②可知温度较高KOH与Cl2 反应生成的是KClO3，不利用KClO生成、浪费原料，故B错误；
C．由工艺流程及③可知，利用Fe（NO3）3与KClO制备K2FeO4，故C正确；
D．由信息可知，该条件下KClO3 不能转化为KClO，故D错误．
故答案为：AC；
（5）n（K2FeO4）=$\frac{59.4g}{198g/mol}$=0.3mol，根据2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O知，氧化剂的物质的量=$\frac{0.3mol}{2}$=0.45mol，
则质量为0.45mol×90.5g/mol=40.73g，
故答案为：40.73；
（6）①Na2FeO4能消毒、净水的原因高价铁具有氧化性，能消毒杀菌，生成Fe3+形成胶体，具有吸附悬浮物的净水的作用，电解时阳极Fe失电子发生氧化反应，电极反应方程式为Fe+8OH--6e-═FeO42-+4H2O，故答案为：Fe+8OH--6e-═FeO42-+4H2O；
②NaBH4（B元素的化合价为+3价）和H2O2作原料的燃料电池，正极上H2O2发生还原反应，得到电子生成OH-，其电极反应为：H2O2+2e-=2OH-，故答案为：H2O2+2e-=2OH-．

点评 本题考查物质的制备实验方案的设计，为高考常见题型，题目多角度考查学生阅读题目获取信息的能力、对工艺流程的理解与条件的控制、原电池和电解池原理等，侧重考查学生分析、计算能力和思维的缜密性难度中等，需要学生具有扎实的基础知识与灵活运用知识解决问题的能力，注意基础知识的掌握．

练习册系列答案
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7．图象能直观地反映有关物理量的变化及规律，下列各图象与描述相符的是（　　）
A．
如图表示SO2氧化反应分别在有、无催化剂的情况下反应过程中的能量变化
B．
如图表示0.1 mol MgCl2•6H2O在空气中充分加热时固体质量随时间的变化
C．
如图表示分别稀释10 mL pH=2的盐酸和醋酸时溶液pH的变化，图中b＞100
D．
如图表示平衡2NO2（g）?N2O4（g）在t1时迅速将体积缩小后c（N2O4）的变化
8．对于元素周期表中下列位置的①～⑩十种元素，请回答有关问题．（用元素符号或化学式回答）
ⅠAⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA0
1①   ②
2  ③④⑤⑥
3⑦⑧⑨⑩
（1）能形成共价键的元素有H、C、N、O、F、S、Cl元素．
（2）只需形成一个共价单键就能达到稳定结构的元素有H、F、Cl．
5．在容积一定的密闭容器中，反应2A?B（g）+C（g）达到平衡后，升高温度容器内气体的密度增大，则下列叙述正确的是（　　）
A．正反应是吸热反应，且A不是气态B．正反应是放热反应，且A不是气态
C．正反应是吸热反应，且A是气态D．正反应是放反应，且A是气态
2．利用酸解法制钛白粉产生的废液[含有大量FeSO4、H2SO4和少量Fe2（SO4）3、TiOSO4]，生产硫酸亚铁和补血剂乳酸亚铁．其生产步骤如下：

请回答：
（1）步骤①中分离操作的名称是过滤；步骤⑥必须控制一定的真空度，原因是防止Fe2+被氧化
（2）废液中的TiOSO4在步骤①能水解生成滤渣（主要成分为TiO2•xH2O）的化学方程式为TiOSO4+（x+1）H2O?TiO2•xH2O+H2SO4；步骤④的离子方程式为Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+H2O+CO2↑
（3）用平衡移动原理解释步骤⑤中加乳酸能得到乳酸亚铁的原因FeCO3（s）?Fe2+（aq）+CO32-（aq），CO32-与乳酸反应浓度降低，平衡向右移动，使碳酸亚铁溶解得到乳酸亚铁溶液．
（4）配平酸性高锰酸钾溶液与硫酸亚铁溶液反应的离子方程式：
5 Fe2++1 MnO4-+8 H+=5Fe3++1 Mn2++4H2O
取步骤②所得晶体样品a g，溶于稀硫酸配成100.00mL溶液，取出20.00mL溶液，用KMnO4溶液滴定（杂质与KMnO4不反应）．若消耗0.1000mol•L-1 KMnO4溶液20.00mL，则所得晶体中FeSO4•7H2O的质量分数为（以含a的式子表示）$\frac{13.9}{a}$．
12．对氨基苯磺酸是制取染料和一些药物的重要中间体，可由苯胺磺化得到．

实验室可利用下图实验装置合成对氨基苯磺酸．实验步骤如下：

①在一个250mL三颈烧瓶中加入10mL苯胺及几粒沸石，将三颈烧瓶放入冷水中冷却，小心地加入18mL浓硫酸．
②将三颈烧瓶置于油浴中缓慢加热至170～180℃，维持此温度2～2.5h．
③将反应液冷却至约50℃后，倒入盛有100mL冷水的烧杯中，用玻璃棒不断搅拌，促使晶体析出，过滤，用少量冷水洗涤，得到的晶体是对氨基苯磺酸粗产品．
④将粗产品用沸水溶解，冷却结晶（若溶液颜色过深，可用活性炭脱色），过滤，收集产品，晾干．（说明：100mL水在20℃时可溶解对氨基苯磺酸1.08g，在100℃时可溶解6.67g）
试回答填空．
（1）装置中冷凝管的作用是冷凝回流．
（2）步骤②中采用油浴加热，下列说法正确的是AC（填序号）．
A．用油浴加热的好处是反应物受热均匀，便于控制温度
B．此处也可以改用水浴加热
C．实验装置中的温度计可以改变位置，也可使其水银球浸入在油中
（3）步骤③用少量冷水洗涤晶体的好处是减少对氨基苯磺酸的损失．
（4）步骤④中有时需要将“粗产品用沸水溶解，冷却结晶，过滤”的操作进行多次，其目的是提高对氨基苯磺酸的纯度．每次过滤后均应将母液收集起来，进行适当处理，其目的是提高对氨基苯磺酸的产率．
19．溴化锂常用于制冷工业，可用尿素、碳酸锂及溴为原料生产溴化锂，其原理是
3Br2+3Li2CO3+CO（NH4）2?6LiBr+2H2O+N2↑+4CO2↑其主要工艺流程如下：

（1）溴化时，pH过小对反应不利，一方面是因为碳酸锂会反应生成CO2，另一方面使溴单质和水的反应平衡向逆反应方向移动，温度不宜超过60℃的原因是温度过高会加快溴蒸汽的挥发和次溴酸根会发生自身氧化还原反应．
（2）反应过程中，若pH＞6，产品中会有溴酸盐，其原因是BrO-发生了自身的氧化还原反应，写出反应的离子方程式：3BrO-=BrO3-+2Br-．
（3）试剂X的化学式为LiOH，加活性炭处理的目的是吸附脱色．
（4）若直接用氨水代替尿素也可生产溴化锂，同时生成水、二氧化碳和氮气，该反应的化学方程式为3 Br2+3 Li2CO3+2 NH3．H2O=6LiBr+5 H2O+N2↑+3 CO2↑．
（5）用惰性电极电解熔融碳酸锂可得到金属锂，则阳极的电极方程式为2 CO32--4 e-=O2↑+2CO2↑．
（6）若原料中碳酸锂的质量为mg，最终得到溴化锂的质量为ng，据此能不能计算出溴化锂的产率？若能请写出其表达式（含m、n的表达式）；若不能，请说明理由不能，因为在图示流程中加入的 LiOH也会生成LiBr．
16．下列关于有机化合物的说法完全正确的是（　　）
A．只有在生物体内才能合成的物质B．有机物都是含有碳元素的化合物
C．有机化合物都能燃烧D．含有碳元素的物质
17．用括号内试剂除去下列各物质中的少量杂质，正确的是（　　）
A．溴苯中的溴（KI溶液）B．乙烷中的乙烯（酸性高锰酸钾）
C．乙酸乙酯中的乙酸（饱和Na2CO3溶液）D．苯中的甲苯（Br2水）

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