Question

【題目】高鐵酸鉀(K2FeO4)是一種新型綠色、高效的水處理劑，對病毒的去除率可達99.95%。已知K2FeO4在低于常溫的堿性環境中穩定，酸性條件下，其氧化性強于KMnO4、Cl2等。某小組設計制備K2FeO4并測定其純度的實驗步驟如下：

I.制備次氯酸鉀。在攪拌和冰水浴條件下，將Cl2通入濃KOH溶液，同時補加一定量KOH，產生了大量白色沉淀，抽濾后得到濃KClO濾液。

II.制備高鐵酸鉀(裝置如圖)

堿性條件下，向如圖裝置加入上述濃KClO 溶液與冰水浴磁子攪拌Fe(NO3)3；飽和溶液，反應一段時間，得到紫黑色溶液和大量白色沉淀，抽濾分離，用冰鹽浴進一步冷卻濾液得到K2FeO4粗品。

III.測定高鐵酸鉀樣品的純度。取0.300g上述步驟制備的K2FeO4樣品于錐形瓶，在強堿性溶液中，用過量CrO2-與FeO42-反應生成 CrO42-和Fe(OH)3。稀硫酸酸化后加入指示劑，以0.150mol/L(NH)2Fe(SO4)2標準溶液滴定 Cr(VI)至 Cr3+，終點消耗 20.0mL。

(1)步驟I制備次氯酸鉀的化學方程式為_____；“補加一定量KOH”的目的除了與過量Cl2繼續反應生成更多KClO外，還在步驟II中起到___________的作用。

(2)根據 K2FeO4理論合成產率與合成條件響應曲面投影圖(見圖，虛線上的數據表示K2FeO4的理論合成產率)，步驟II中控制的條件應是：溫度______ (序號，下同)，反應時間_____________。

a.0.0~5.0℃ b.5.0~10℃ c.10~15℃ d.40~50 min e.50~60 min f.60~70 min

(3)步驟II中，為了避免副產物K3FeO4的產生，Fe(NO3)3飽和溶液應放在儀器A中，A的名稱是________；寫出實驗剛開始時生成FeO42-的離子方程式________。

(4)根據步驟皿I的測定數據，計算高鐵酸鉀樣品純度為_____(保留3位有效數字)。

(5)為探究酸性條件下FeO42-氧化性強弱，甲同學取步驟II所得K2FeO4粗品加入到少量鹽酸中，觀察到產生黃綠色氣體，經檢驗氣體為Cl2。該現象能否證明“酸性條件下FeO42-氧化性強于Cl2”，并說明理由_______________________________。

Answer 1

【答案】Cl2+2KOH=KCl↓+KClO+H2O 提供堿性環境、做反應物 b e 恒壓滴液漏斗 2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O 66.0% 不能。粗品中可能混有KClO，與鹽酸反應產生Cl2

【解析】

本實驗的目的是制備K2FeO4并測定其純度，首先需要制備KClO，Cl2通入濃KOH溶液，發生反應Cl2+2KOH=KCl+KClO+H2O，根據題意，有白色沉淀生成，KClO在濾液中，說明白色沉淀是KCl；然后制備高鐵酸鉀，將堿性KClO濃溶液與Fe(NO3)3混合反應，得到高鐵酸鉀溶液，同時析出硝酸鉀、氯化鉀等白色沉淀，過濾，冰鹽浴進一步冷卻析出高鐵酸鉀粗品；

測定純度：在強堿性溶液中，用過量CrO2-與FeO42-反應生成CrO42-和Fe(OH)3，加稀硫酸使CrO42-轉化為Cr2O72-，CrO2-轉化為Cr3+，Fe(OH)3轉化為Fe3+，(NH4)2Fe(SO4)2標準液可以將Cr(VI)還原為Cr3+，所以可用(NH4)2Fe(SO4)2標準液測定生成的CrO42-的量，從而確定FeO42-的量。

(1)步驟I利用氯氣和氫氧化鉀反應制備次氯酸鉀，過程中析出KCl固體，所以化學方程式為Cl2+2KOH=KCl↓+KClO+H2O；過量的KOH可以提供步驟II中反應需要的堿性環境，同時KOH還要作為反應物參與反應；

(2)據圖可知溫度為5.0~10℃時產率可到達0.8，所以溫度應選b；反應時間在50~60 min時該溫度下產率最高，所以反應時間選e；

(3)儀器A的名稱是恒壓滴液漏斗；實驗剛開始時次氯酸根在堿性環境下將Fe3+氧化生成FeO42-，此時硝酸鉀等物質濃度較低，應沒有沉淀生成，結合電子守恒和元素守恒可得離子方程式為2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O；

(4)(NH4)2Fe(SO4)2標準液可以將Cr(VI)還原為Cr3+，Fe2+轉化為Fe3+，化合價升高1價，Cr(VI)還原為Cr3+，化合價降低3價，根據電子守恒可知n[(NH4)2Fe(SO4)2]：n[Cr(VI)]=3:1；根據元素守恒可知被FeO42-氧化的CrO2-的物質的量為n(CrO2-)=0.02L×0.150mol/L×=0.001mol；CrO2-轉化為Cr(VI)化合價升高3價，FeO42-轉化為Fe3+化合價降低3價，所以n(CrO2-)：n(FeO42-)=1:1，則n(FeO42-)=0.001mol，所以樣品的純度為=66.0%；

(5)粗品中可能混有KClO，與鹽酸反應產生Cl2，所以不能說明酸性條件下FeO42-氧化性強于Cl2。