Question

【題目】高鐵酸鉀(K2FeO4)是一種集強氧化性、吸附、絮凝于一體的新型多功能處理劑，其生產工藝如圖所示：

　　

已知K2FeO4具有下列性質：

①可溶于水、微溶于濃KOH溶液

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在較高溫度下反應生成KClO3。在不改變KOH溶液的濃度和體積的條件下，生產KClO應在溫度___________的情況下進行(填“較高”或“較低”)。

(2)生產K2FeO4的反應原理是：Fe(NO3)3+KClO+KOH→K2FeO4+KNO3+KCl+H2O(未配平)，則該反應中氧化劑與還原劑的物質的量之比為______________。

(3)K2FeO4在弱堿性條件下能與水反應生成Fe(OH)3和O2，則該反應的化學方程式為________________。

(4)在“反應液Ⅰ”中加KOH固體的目的是___________。

A. 為下一步反應提供反應物

B. 與“反應液Ⅰ”中過量的Cl2繼續反應，生成更多的KClO

C. KOH固體溶解時會放出較多的熱量，有利于提高反應速率

D. 使副產物KClO3轉化為KCl

(5)制備K2FeO4時，須將90%的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_______________________ (答出1條即可)。

(6)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)。

(7)工業上常用“間接碘量法”測定高鐵酸鉀樣品中高鐵酸鉀的含量，其方法是：用堿性的碘化鉀溶液(pH為11～12)溶解3.96 g高鐵酸鉀樣品，調節pH為1，避光放置40分鐘至反應完全(高鐵酸根離子全部被還原成鐵離子)，再調節pH為3～4(弱酸性)。以1.0 mol/L的硫代硫酸鈉標準溶液為滴定劑進行滴定(2Na2S2O3+I2=Na2S4O6+2NaI)，當達到滴定終點時，用去硫代硫酸鈉標準溶液15.00 mL，則原高鐵酸鉀樣品中高鐵酸鉀的質量分數為______________。

Answer 1

【答案】較低 3∶2 4K2FeO4+10H2O=8KOH+4Fe(OH)3↓+3O2↑ AB 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) KNO3、KCl 25%

【解析】

足量Cl2通入和KOH溶液中，溫度低時發生反應Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O，向溶液I中加入KOH，使氯氣完全反應，且將溶液轉化為堿性溶液，只有堿性條件下次氯酸根離子才能和鐵離子發生氧化還原反應生成高鐵酸根離子，除去KCl，得到堿性的KClO濃溶液，向堿性的KClO濃溶液中加入90%的Fe(NO3)3溶液，發生反應2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O，得到溶液II，純化得到濕產品，將濕產品洗滌、干燥得到晶體K2FeO4。

(1)利用Fe(NO3)3與KClO制備K2FeO4，由信息可知溫度較高KOH與Cl2 反應生成KClO3；

(2)根據電子守恒計算；

(3)K2FeO4在弱堿性條件下能與水反應生成Fe(OH)3和O2，利用元素守恒可寫出化學方程式；

(4)根據生產工藝流程圖，反應①中氯氣過量，過量的Cl2與KOH繼續反應，生成更多的KClO；

(5)由信息可知，K2FeO4在Fe3+和Fe(OH)3催化作用下發生分解；

(6)根據生產工藝流程圖，利用元素守恒可知，Fe(NO3)3與KClO在堿性條件下反應得溶液II中含有K2FeO4、KNO3和KCl；

(7)用堿性的碘化鉀溶液溶解高鐵酸鉀樣品，調節pH為1，高鐵酸根與碘離子發生氧化還原反應，高鐵酸根離子全部被還原成鐵離子，碘離子被氧化成碘，根據電子得失守恒有關系2FeO42-～3I2，再根據反應2Na2S2O3+I2═Na2S4O6+2NaI，利用硫代硫酸鈉的物質的量可計算得高鐵酸鉀的質量，進而確定質量分數。

足量Cl2通入和KOH溶液中，溫度低時發生反應Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O，向溶液I中加入KOH，使氯氣完全反應，且將溶液轉化為堿性溶液，只有堿性條件下ClO-離子才能和Fe3+發生氧化還原反應生成FeO42-，除去KCl得到堿性的KClO濃溶液，向堿性的KClO濃溶液中加入90%的Fe(NO3)3溶液，根據電子得失守恒可知發生反應方程式為：2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O，得到溶液II，純化得到濕產品，將濕產品洗滌、干燥得到晶體K2FeO4。

(1)由工藝流程可知，利用Fe(OH)3與KClO制備K2FeO4，由信息可知溫度較高KOH與Cl2反應生成的是KClO3，在低溫下KOH與Cl2反應生成的是KClO，所以應選擇低溫較低；

(2)生產K2FeO4的反應原理是：Fe(NO3)3+KClO+KOH→K2FeO4+KNO3+KCl+H2O(未配平)，Fe(NO3)3為還原劑，KClO為氧化劑，根據得失電子守恒可知，氧化劑與還原劑的物質的量之比為3：2；

(3)K2FeO4在弱堿性條件下能與水反應生成Fe(OH)3和O2，反應的化學方程式為4K2FeO4+10H2O=8KOH+4 Fe(OH)3↓+3O2↑；

(4)A．Fe(NO3)3與KClO反應時，要消耗KOH，A正確；

B．根據生產工藝流程圖可知，第①步Cl2過量，加入KOH固體后會繼續反應生成KClO，B正確；

C．因溫度較高時KOH 與Cl2反應生成的是KClO3，而不是KClO，C錯誤；

D．KClO3轉化為 KCl，化合價只降低不升高，不符合氧化還原反應原理，D錯誤；

(5)信息可知，K2FeO4在Fe3+和Fe(OH)3催化作用下發生分解，將90%的Fe(NO3)3溶液緩慢滴加到堿性的KClO濃溶液中，并且不斷攪拌，可以減少K2FeO4在過量Fe3+作用下的分解；

(6)根據生產工藝流程圖，利用元素守恒可知，硝酸鐵與次氯酸鉀在堿性條件下反應得溶液II中含有高鐵酸鉀、硝酸鉀和氯化鉀，所以從溶液II中分離出K2FeO4后，同時得到副產品有KCl、KNO3；

(7)用堿性的碘化鉀溶液溶解高鐵酸鉀樣品，調節pH為1，高鐵酸根與碘離子發生氧化還原反應，高鐵酸根離子全部被還原成鐵離子，碘離子被氧化成碘，根據電子得失守恒有關系2FeO42-～3I2，再根據反應2Na2S2O3+I2=Na2S4O6+2NaI，得關系式2FeO42-～3I2～6Na2S2O3，所以高鐵酸鉀的質量為×1.0mol/L×0.015L×198g/mol=0.99g，則原高鐵酸鉀樣品中高鐵酸鉀的質量分數為×100%=25%。