Question

【題目】高鐵酸鉀（K2FeO4）具有強氧化性，可作為水處理劑和高容量電池材料。工業上生產高鐵酸鉀的工藝流程如下：

已知K2FeO4具有下列性質：①可溶于水，微溶于KOH溶液，難溶于異丙醇；②在0℃-5℃，強堿性溶液中比較穩定；③在Fe3+和Fe(OH)3催化作用下發生分解；④在酸性至弱堿性條件下，能與水反應生成Fe(OH)3和O2

請完成下列填空：

（1）已知Cl2與KOH在低溫下可制得KClO，請寫出化學反應方程式____________。

（2）在“反應液Ⅰ”中加KOH固體的目的是____________________。

（3）生產K2FeO4的化學反應方程式為________________，制備K2FeO4時，須將Fe(NO3)3溶液緩慢滴加到堿性的KClO濃溶液中，并且不斷攪拌，采用這種混合方式的原因是___________________。

（4）請補充完整由“反應液Ⅱ”得到K2FeO4晶體的實驗步驟。（可選用的試劑：NaOH溶液、KOH溶液、蒸餾水和異丙醇）

① 向反應液Ⅱ中加入飽和________，在冰水浴中靜置結晶后過濾，得K2FeO4粗產品；

② 將K2FeO4粗產品溶解在___________中，再次在冰水浴中靜置結晶后過濾，得到較純凈的K2FeO4；

③ 將K2FeO4晶體再用少量__________洗滌，低溫真空干燥，得到高鐵酸鉀成品。

（5）從“反應液Ⅱ”中分離出K2FeO4晶體后，可以得到的副產品有_________（寫化學式）。

Answer 1

【答案】Cl2+2KOH=KCl+KClO+H2O為下一步反應提供反應物，與反應液中過量的氯氣繼續反應，生成更多的KClO2Fe(NO3)3＋3KClO＋10KOH=2K2FeO4＋6KNO3＋3KCl＋5H2O減少K2FeO4在過量Fe3+作用下的分解（或K2FeO4在低溫、強堿性溶液中比較穩定等）KOH溶液KOH溶液異丙醇KNO3、KCl

【解析】試題分析：通過對K2FeO4制備過程的研究，考查氧化還原反應方程式的書寫和配平，以及考生對化學實驗設計的理解。解答過程中需要仔細讀懂題目中對于未知知識的介紹，并且能夠合理加以運用。

解析：流程中物質轉化關系如下：

（1）根據已知，Cl2與KOH在低溫下的反應類似與Cl2與NaOH在低溫下的反應。答案：Cl2+2KOH=KCl+KClO+H2O

（2）第一步中氯氣過量，則第二步KOH是為了將氯氣反應完全，同時生成的KClO也是以下反應的氧化劑，可以使氯氣得到充分利用。答案：與反應液中過量的氯氣繼續反應，生成更多的KClO，提高氯氣的利用率，為下一步反應提供反應物。

（3）K2FeO4是KClO與F3(NO3)3通過氧化還原反應得到的，則有Fe(NO3)3＋KClO→K2FeO4，再充分考慮溶液呈堿性配平反應得到答案。

答案：2Fe(NO3)3＋3KClO＋10KOH=2K2FeO4＋6KNO3＋3KCl＋5H2O

根據已知，“已知K2FeO4具有下列性質：②在0℃-5℃，強堿性溶液中比較穩定；③在Fe3+和Fe(OH)3催化作用下發生分解”，所以緩慢加入的Fe(NO3)3可以迅速完全反應，避免Fe3+催化K2FeO4的分解，攪拌則可以使反應可能釋放的熱量盡快散失，避免溶液的溫度升高導致的產品分解。答案：減少K2FeO4在過量Fe3+作用下的分解（或K2FeO4在低溫、強堿性溶液中比較穩定等）

（4）此段為K2FeO4的分離提純。①考慮到靜置過程中可能導致有更多的K2FeO4水解，所以應當加入KOH已知其水解，而加入NaOH會使結晶時產生鈉鹽沉淀。答案：KOH溶液。

②粗產品再此溶解時也容易水解，同理應當加入KOH溶液。答案：KOH溶液。

③由于K2FeO4可溶于水，為了避免溶解損失，所以采用異丙醇洗滌，因為K2FeO4難溶于異丙醇。答案：異丙醇。

（5）根據（3）中反應原理，分離出K2FeO4晶體后，剩余物主要是KNO3和KCl。答案：KNO3和KCl。