Question

6．高铁酸钠（Na₂FeO₄）具有很强的氧化性，是一种绿色消毒净水剂，只在碱性环境中稳定存在．
下列是通过次氯酸钠氧化法制备高铁酸钠并探究其性质的实验，步骤如下：
I．制备高铁酸钠（Na₂FeO₄）
（1）制备NaC1O溶液
已知：3C1₂+6NaOH $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$5NaC1+NaC1O₃+3H₂O
①图甲装置中发生反应的离子方程式是C1₂+2OH^-=C1^-+C1O^-+H₂O，
为防止产生NaC1O₃，除搅拌和混入N₂稀释外，还应采取的措施是将甲置于冷（或冰）水浴中．
②已知实验室制取Cl₂的原理是MnO₂+4HC1（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnC1₂+C1₂↑+2H₂O．选择图乙中部分装置与图甲装置组合成一套制备NaC1O的装置，应选择的装置有bedf （填字母）．

（2）制备Fe₂（SO₄）₃：向硫酸酸化的FeSO₄溶液中加入H₂O₂溶液，可能观察到的现象是溶液变黄，FeSO₄与H₂O₂反应的氧化剂与还原剂的物质的量之比是1：2．
（3）制备Na₂FeO₄：将Fe₂（SO₄）₃溶液加入到NaOH与NaC1O的混合溶液中，其反应的离子方程式是3ClO^-+2Fe³⁺+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．
Ⅱ．高铁酸钠（Na₂FeO₄）的性质
（4）已知：污水1的pH高于污水2的pH，污水中其余成分相同．将等量的Na₂FeO₄投入到污水1和污水2中，则Na₂FeO₄的浓度在污水2 （填“污水1”或“污水2”）中降低的速率快．
（5）请解释Na₂FeO₄消毒后能净化水的原因高铁酸钠消毒还原产生铁离子，铁离子水解生成氢氧化铁胶体具有吸附性；Na₂FeO₄ （摩尔质量是166g/mol）的消毒效率（以单位质量得到的电子数表示）是Cl₂的0.64倍（计算结果保留两位小数）．

Answer 1

分析 （1）①图甲装置A的反应为C1₂+2NaOH=NaC1+NaC1O+H₂O，钠离子不参与反应，离子方程式为：C1₂+2OH^-=C1^-+C1O^-+H₂O，防止温度较高生成NaC1O₃，要求反应温度较低；
②根据反应进行的条件和含有的杂质选择除杂干燥装置分析；
（2）双氧水将亚铁离子氧化为黄色的铁离子，写方程知氧化剂与还原剂之比；
（3）将Fe₂（SO₄）₃溶液加入到NaOH与NaC1O的混合溶液中，生成Na₂FeO₄，可知铁元素化合价升高被氧化，次氯酸钠氧化铁元素，则次氯酸钠被还原为氯离子，写方程式；
（4）高铁酸根在强碱性介质中稳定存在，但在酸性介质与水中水解生成三价铁，三价铁离子净水，酸性有利于其水解净水；
（5）高铁酸钠效度还原产生铁离子，铁离子水解生成氢氧化铁胶体具有吸附性；计算相同质量的高铁酸钠与氯气转移的电子数可得．

解答 解：（1））①图甲装置A的反应为C1₂+2NaOH=NaC1+NaC1O+H₂O，钠离子不参与反应，离子方程式为：C1₂+2OH^-=C1^-+C1O^-+H₂O，又已知：3C1₂+6NaOH $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$5NaC1+NaC1O₃+3H₂O，防止温度较高生成NaC1O₃，要求反应温度较低，则应将甲置于冷（或冰）水浴中；
故答案为：C1₂+2OH^-=C1^-+C1O^-+H₂O；将甲置于冷（或冰）水浴中；
②反应需要加热，故选择b，氯气中混有氯化氢气体，故用饱和食盐水除氯化氢，有f，氯气与氮气混合收集装置有c，氯气污染环境，需进行吸收，有d；
故答案为：bcdf；
（2）向硫酸酸化的FeSO₄溶液中加入H₂O₂溶液，发生的反应为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，铁离子的溶液显黄色；双氧水为氧化剂，亚铁离子为还原剂，故氧化剂与还原剂之比为1：2；
故答案为：溶液变黄；1：2；
（3）已知：（3）将Fe₂（SO₄）₃溶液加入到NaOH与NaC1O的混合溶液中，生成Na₂FeO₄，可知铁元素化合价升高被氧化，次氯酸钠氧化铁元素，则次氯酸钠被还原为氯离子，结合碱性环境，发生的离子方程式为：3ClO^-+2Fe³⁺+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
故答案为：3ClO^-+2Fe³⁺+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
（4）高铁酸根在强碱性介质中稳定存在，但在酸性介质与水中水解生成三价铁水解净水，酸性有利于其水解净水，污水2的酸性稍大，故污水2中高铁酸钠浓度降低较快；
故答案为：污水2；
（5）高铁酸钠消毒还原产生铁离子，铁离子水解生成氢氧化铁胶体具有吸附性，可净水；
假设1mol高铁酸钠，则其质量为166g，则氯气也为166g，
根据：Na₂FeO₄～Fe³⁺～3e^-，则高铁酸钠转移的电子数为3mol，
根据Cl₂～2Cl^-～2e^-，
      71g          2mol
     166g→$\frac{166g×2mol}{71g}$=4.67mol，则Na₂FeO₄ 的消毒效率是Cl₂的$\frac{3mol}{4.67mol}$=0.64；
故答案为：高铁酸钠消毒还原产生铁离子，铁离子水解生成氢氧化铁胶体具有吸附性；0.64．

点评 本题考查了物质的制备与检验，涉及方程式的书写、实验条件的控制、计算等知识点，题目难度较大，注意对题目信息的提取．