Question

高铁酸钾是一种高效的多功能的水处理剂．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

 

．
（2）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

 

．
（3）“提纯”K₂FeO₄中所包含的操作依次为：溶解、

 

、过滤、洗涤、低温干燥，其中K2FeO₄在水溶液中易水解：4FeO₄^2-+10H₂O?4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂↑．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
（4）上述方法是湿法制备高铁酸钾，干法制备高铁酸钾的主要反应为：2FeSO₄+6Na₂O₂═2Na₂FeO₄+2Na₂O+2Na₂SO₄+O₂↑，每生成1molNa₂FeO₄转移

 

 mol电子．
（5）我国学者提出在浓NaOH溶液（非饱和溶液）中用电化学方法来制备高铁酸盐，电解装置如图3．电解时，阳极的电极式反应为

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,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）由工艺流程可知，反应①为氯气与氢氧化钠反应生成氯化钠、次氯酸钠与水；           
（2）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；
（3）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；
（4）2FeSO₄+6Na₂O₂═2NaFeO₄+2Na₂O+2Na₂SO₄+O₂↑中Fe、O元素的化合价升高，O元素的化合价降低，由化合价的变化计算转移的电子数；
（5）电解时阳极发生氧化反应，电极反应方程式为Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O．

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）反应①为氯气与氢氧化钠反应生成氯化钠、次氯酸钠与水，反应离子方程式为Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O，
故答案为：Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O；
（2）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2575g/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；
（3）提纯”K₂FeO₄中所包含的操作依次为：溶解、蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、低温干燥，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．H₂O，不能抑制水解，且容易损失，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、异丙醇，不能抑制水解，促进水解，故C错误；
D．Fe（NO₃）₃、异丙醇，不能抑制水解，促进水解，故D错误．
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶；B；
（4）反应中Fe元素化合价由+2价升高为+6价，被氧化，过氧化钠中O元素的化合价由-1价降低为-2价，由-1价升高为0，由方程式可知，镁生成2molNa₂FeO₄，有6molNa₂O₂参加反应，转移10mol电子，则每生成1molNa₂FeO₄转移的电子数为5mol，
故答案为：5；
（5）电解时阳极发生氧化反应，电极反应方程式为Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O，故答案为：Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O．

点评：本题考查学生对工艺流程的理解、阅读题目获取信息能力、物质的分离提纯等基本操作、氧化还原反应、电解池等，难度中等，需要学生具有扎实的基础知识及灵活运用知识、题目信息解决问题的能力．