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【题目】高铁酸盐在能源、环保等方面有着广泛的用途,在生产和生活中有广泛的应用。

已知:i.高铁酸钠(Na2FeO4)极易溶解于水,20℃溶解度为111克;高铁酸钾(K2FeO4)为暗紫色固体,可溶于水。

ii.高铁酸钾(K2FeO4)在中性或酸性溶液中逐渐分解,在碱性溶液中稳定。

iii.高铁酸根在水溶液中存在平衡:↑

(1)工业上用氯气和烧碱溶液可以制取次氯酸钠,反应的离子方程式为___________。

(2)高铁酸钾是一种理想的水处理剂,既可以对水杀菌消毒,又可以净化水,其原理为________。

(3)工业上有多种方法制备高铁酸钾。

方法1:次氯酸盐氧化法。工艺流程如图所示。

①“氧化”过程中的氧化剂为(填化学式)______________。

②写出“转化”过程中的化学方程式为__________________。

③上述工艺得到的高铁酸钾常含有杂质,可用重结晶法提纯,操作是将粗产品先用稀KOH溶液溶解,然后再加入饱和KOH溶液,冷却结晶过滤。上述操作中溶解粗产品用稀KOH溶液,不用蒸馏水,根据平衡移动原理解释__________。

(4)方法2:电解法

我国化学工作者还提出用镍(Ni)、铁作电极电解浓NaOH溶液制备高铁酸盐Na2FeO4的方案,装置如下图所示。

①Ni电极作________(填“阴”或“阳”)极;

②Fe电极的电极反应式:____________。

【答案】Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O 高铁酸钾氧化性强,对水杀菌消毒,生成Fe3+,水解生成氢氧化铁胶体,可以净化水 NaClO Na2FeO4+2KOH=K2FeO4↓+2NaOH 因为高铁酸钾在水溶液中存在平衡:4FeO42-+10H2O 4Fe(OH)3+8OH-+3O2↑,加入稀KOH可以使平衡逆向移动 阴极 Fe-6e-+8OH-= FeO42-+4H2O

【解析】

(1)氯气和烧碱溶液反应生成氯化钠、次氯酸钠和水;

(2)高铁酸钾具有很强的氧化性,能杀菌消毒,在水中被还原生成Fe(OH)3胶体,有吸附性;

(3)氯化铁溶液在碱性条件下与次氯酸钠溶液发生氧化还原反应:2FeCl3+10NaClO+3NaOH= 2Na2FeO4+9NaCl+5H2O,得到含有Na2FeO4、NaCl的混合溶液,向其中加入40%NaOH溶液使NaCl形成晶体析出,通过过滤除去,再向滤液中加入饱和KOH溶液,发生反应:Na2FeO4+2KOH=K2FeO4↓+2NaOH,将Na2FeO4转化为K2FeO4,再经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到K2FeO4,据此分析解答。

(4)根据图示,在碱性条件下,铁电极转化为Na2FeO4,铁元素化合价升高,被氧化,则Fe作阳极,Ni作阴极,据此分析解答。

(1)氯气和烧碱溶液反应生成氯化钠、次氯酸钠和水,反应的离子方程式为Cl2+2OH- =Cl-+ClO-+H2O;

(2)高铁酸钾具有很强的氧化性,能杀菌消毒,在水中生成的Fe(OH)3胶体,有吸附性;

(3)①根据分析,“氧化”过程中氯化铁溶液在碱性条件下与次氯酸钠溶液发生氧化还原反应:2FeCl3+10NaClO+3NaOH= 2Na2FeO4+9NaCl+5H2O,根据反应可知,NaClO中Cl元素化合价降低,被还原,作氧化剂;

②根据分析,“转化”过程中,向滤液中加入饱和KOH溶液,将Na2FeO4转化为K2FeO4,化学方程式为Na2FeO4+2KOH=K2FeO4↓+2NaOH;

③操作中溶解粗产品用稀KOH溶液,不用蒸馏水,根据平衡移动原理解释因为高铁酸钾在水溶液中存在平衡:4FeO42-+10H2O4Fe(OH)3+8OH-+3O2↑,加入稀KOH可以使平衡逆向移动;

(4)①根据分析,Ni电极作电解池的阴极;

②根据分析,Fe作阳极,在碱性条件下,铁电极转化为Na2FeO4,则Fe电极的电极反应式:Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O。

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