Question

高铁酸钾是一种新型高效多功能水处理剂．工业上常采用NaClO氧化法生产，反应原理为：
①在碱性条件下，利用NaClO氧化Fe（NO₃）₃制得Na₂FeO₄：3NaClO+2Fe（NO₃）₃+10NaOH=2Na₂FeO₄↓+3NaCl+6NaNO₃+5H₂O
②Na₂FeO₄与KOH反应生成K₂FeO₄：Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄+2NaOH
主要的生产流程如下：

（1）加入盐酸调节溶液pH时需用pH试纸粗略测试pH以控制加入盐酸的量．实验室用pH试纸测定溶液pH的操作是

 

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（2）流程图中“转化”（反应③）是在某低温下进行的，说明此温度下K_sp（K₂FeO₄）

 

K_sp（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．
工业生产中最佳温度为

 

℃，此时Fe（NO₃）₃与NaClO两种溶液最佳质量浓度之比为

 

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（4）K₂FeO₄在水溶液中易“水解”：4FeO₄^2-+10H₂O?4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂．在“提纯”K₂FeO₄中采用重结晶、洗涤、低温烘干的方法，则洗涤剂最好选用

 

 溶液（填序号）．
A．H₂O     B．CH₃COONa、异丙醇   C．NH₄Cl、异丙醇   D．Fe（NO₃）₃、异丙醇
（5）K₂FeO₄处理水时，不仅能消毒杀菌，还能除去水体中的H₂S、NH₃等，生成的Fe（OH）₃胶体还能吸附水中的悬浮杂质．根据污染物的实际情况向水中加入适量的K₂FeO₄将污染物转化为无污染的物质，试写出K₂FeO₄处理含有NH₃污水时与NH₃反应的离子方程式

 

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Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：向NaOH溶液中通入Cl₂，发生的反应为Cl₂+2NaOH=NaCl+NaClO+H₂O，然后向溶液中加入Fe（NO₃）₃，发生的反应为3NaClO+2 Fe（NO₃）₃+10NaOH=2Na₂FeO₄↓+3NaCl+6NaNO₃+5H₂O，向溶液中加入HCl来调节溶液的pH，然后过滤得到NaCl，向滤液中加入饱和KOH，发生反应Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄+2NaOH，分离得到粗的K₂FeO₄，通过提纯得到纯的K₂FeO₄，
（1）用pH试纸测定溶液pH的方法是：取一小块试纸在表面皿或玻璃片上，用玻璃棒蘸取待测液，点在PH试纸上，再与标准比色卡对照；           
（2）由流程图可知，“转化”（反应③）是Na₂FeO₄→K₂FeO₄，该转化是在某低温下进行的，说明此温度下K₂FeO₄的溶解度小于Na₂FeO₄；
（3）Fe（NO₃）₃浓度一定，K₂FeO₄的生成率最高时的温度为最佳温度；
由图1可知，Fe（NO₃）₃浓度在375g/L时，K₂FeO₄的生成率最高，由图2可知，NaClO在255g/L时，K₂FeO₄的生成率最高，据此计算Fe（NO₃）₃与NaClO两种溶液最佳质量浓度之比；
（4）K₂FeO₄ 在水溶液中易水解呈碱性，应选择碱性非水溶液抑制K₂FeO₄水解，进行洗涤；
（5）由题目信息可知，K₂FeO₄处理含有NH₃污水时生成Fe（OH）₃胶体，根据电子转移守恒可知，生成无污染的物质为氮气，由电荷守恒可知，还生成KOH．

解答： 解：向NaOH溶液中通入Cl₂，发生的反应为Cl₂+2NaOH=NaCl+NaClO+H₂O，然后向溶液中加入Fe（NO₃）₃，发生的反应为3NaClO+2 Fe（NO₃）₃+10NaOH=2Na₂FeO₄↓+3NaCl+6NaNO₃+5H₂O，向溶液中加入HCl来调节溶液的pH，然后过滤得到NaCl，向滤液中加入饱和KOH，发生反应Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄+2NaOH，分离得到粗的K₂FeO₄，通过提纯得到纯的K₂FeO₄，
（1）用pH试纸测定溶液pH的方法是：取一小块试纸在表面皿或玻璃片上，用玻璃棒蘸取待测液，点在pH试纸上，再与标准比色卡对照，
故答案为：取一小块试纸在表面皿或玻璃片上，用玻璃棒蘸取待测液，点在PH试纸上，再与标准比色卡对照；
（2）由流程图可知，“转化”（反应③）是Na₂FeO₄→K₂FeO₄，该转化是在某低温下进行的，说明此温度下K₂FeO₄的溶解度小于Na₂FeO₄，二者结构类型相同，所以K_sp（K₂FeO₄）＜K_sp（Na₂FeO₄），
故答案为：＜；
（3）由图1可知，Fe（NO₃）₃浓度一定，温度在26℃时，K₂FeO₄的生成率最高，故工业生产中最佳温度为26℃；
由图1可知，Fe（NO₃）₃浓度在330g/L时，K₂FeO₄的生成率最高，由图2可知，NaClO在275g/L时，K₂FeO₄的生成率最高，所以Fe（NO₃）₃与NaClO两种溶液最佳质量浓度之比为330g/L：275g/L=6：5，
故答案为：26；6：5；
（4）K₂FeO₄ 在水溶液中易水解呈碱性，应选择碱性非水溶液抑制K₂FeO₄水解，进行洗涤．
A．K₂FeO₄在水溶液中易“水解”：4FeO₄^2-+10H₂O?4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂，且容易损失，不能用水洗，故A错误；
B．CH₃COONa、异丙醇，能抑制水解，减少洗涤损失，故B正确；
C．NH₄Cl不能抑制水解，促进水解，故C错误；
D．Fe（NO₃）₃不能抑制水解，促进水解，故D错误，
故选：B；
（5）由题目信息可知，K₂FeO₄处理含有NH₃污水时生成Fe（OH）₃胶体，根据电子转移守恒可知，生成无污染的物质为氮气，由电荷守恒可知，还生成KOH，反应离子方程式为：2FeO₄^2-+2NH₃?H₂O=2Fe（OH）₃（胶体）+N₂↑+4OH^-，
故答案为：2FeO₄^2-+2NH₃?H₂O=2Fe（OH）₃（胶体）+N₂↑+4OH^-．

点评：本题考查混合物的分离和提纯，涉及pH的测定、难溶物溶解平衡、离子反应等知识点，明确物质性质是解本题关键，同时考查学生对元素化合物知识的掌握、分析问题及基本操作能力，难点是图象分析，题目难度中等．