Question

20．新型凈水劑高鐵酸鉀K₂FeO₄為暗紫色固體，可溶于水，在中性或酸性溶液中逐漸分解，在堿性溶液中穩(wěn)定．工業(yè)上制備K₂FeO₄的常用方法有兩種．
方法Ⅰ：次氯酸鹽氧化法．工藝流程如圖所示．
（1）完成“氧化”過程中反應的化學方程式：
FeCl₃+10NaOH+3NaClO→2Na₂FeO₄+9NaCl+5H₂O．其中氧化劑是NaClO（填化學式）．
（2）“轉化”過程中發(fā)生反應的化學方程式為Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄+2NaOH
（3）上述工藝得到的高鐵酸鉀常含有雜 質，可用重結晶法提純，操作是：將粗產(chǎn)品用稀KOH溶液溶解，然后再加入飽和KOH溶液冷卻結晶，過濾．
方法Ⅱ：電解法．以鐵為陽極電解氫氧化鈉溶液，然后在陽極液中加入KOH．
（4）電解時陽極發(fā)生反應生成FeO₄^2-，該電極反應方程式為Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O
（5）與鋅錳電池類似，K₂FeOn也可以組成堿性電池，K₂FeO₄在電池中作為正極 材料，其電極反應式為FeO₄^2-+3eˉ+4H₂O=Fe（OH）₃+5OH^-，該電池反應的化學方程式為3Zn+2FeO₄^2-+8H₂O=3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4OH^-．
（6）針鐵礦（Goethite）是以德國詩人歌德（Goethe）名字命名的，組成元素是Fe、O和H，化學式量為89，化學式是FeO（OH）．

Answer 1

分析 （1）反應中NaClO是氧化劑，還原產(chǎn)物是NaCl，根據(jù)元素守恒，可知反應式中需要補充NaCl和H₂O．根據(jù)化合價升降法配平方程；
（2）由工藝流程可知，“氧化”過程除雜后的濾液中含有Na₂FeO₄，“轉化”過程的產(chǎn)物為K₂FeO₄，故“轉化”過程是在加入KOH溶液后，將Na₂FeO₄轉化為溶解度更小的K₂FeO₄；
（3）由題目信息可知，K₂FeO₄可溶于水，在中性或酸性溶液中能分解，在堿性溶液中穩(wěn)定，在分離提提純的時候就要在堿性環(huán)境中進行，要防止引入新雜質，所以需要將K₂FeO₄粗產(chǎn)品在稀KOH溶液中溶解，然后加入飽和KOH溶液，冷卻結晶；
（4）由題目信息可知，鐵為陽極電解氫氧化鈉溶液，生成FeO₄^2-，由元素守恒還生成水；
（5）K₂FeO₄-Zn也可以組成堿性電池，K₂FeO₄在電池中作為正極材料，負極為鋅失電子發(fā)生氧化反應，電極反應Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂；依據(jù)產(chǎn)物和電子守恒寫出正極反應：FeO₄^2-+3eˉ+4H₂O→Fe（OH）₃+5OHˉ；有正極反應和負極反應合并得到電池反應；
（6）根據(jù)化學式量為89，組成元素是Fe、O、H，其中鐵的相對原子量為56，扣掉56剩下33，化學式中只能含有2個氧原子和1個氫原子，來判斷可能的組成．

解答 解：（1）反應中FeCl₃→Na₂FeO₄，鐵元素化合價由+3價升高為+6價，化合價總升高3價，NaClO→NaCl，氯元素化合價由+1降低為-1價，化合價總共降低2價，化合價升降最小公倍數(shù)為6，故FeCl₃系數(shù)為2，NaClO系數(shù)為3，由鐵元素守恒可知 Na₂FeO₄系數(shù)為2，由氯元素守恒可知NaCl系數(shù)為2×3+3=9，根據(jù)鈉元素守恒可知NaOH系數(shù)為9+2×2=13，由氫元素守恒可知H₂O系數(shù)為5，配平方程式為2FeCl₃+10NaOH+3NaClO=2Na₂FeO₄+9NaCl+5H₂O．
反應中NaClO→NaCl，氯元素化合價由+1降低為-1價，NaClO是氧化劑，還原產(chǎn)物是NaCl，
故答案為：2、10、3、2、9NaCl、5H₂O；NaClO；
（2）“轉化”過程是在加入KOH溶液后，將Na₂FeO₄轉化為溶解度更小的K₂FeO₄，反應方程式為Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄+2NaOH，
故答案為：Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄+2NaOH；
（3）由題目信息可知，K₂FeO₄可溶于水，在中性或酸性溶液中能分解，在堿性溶液中穩(wěn)定，在分離提提純的時候就要在堿性環(huán)境中進行，要防止引入新雜質，所以需要將K₂FeO₄粗產(chǎn)品在稀KOH溶液中溶解，然后加入飽和KOH溶液，冷卻結晶，過濾，
故答案為：稀KOH溶液；再加入飽和KOH溶液冷卻結晶，過濾．
（4）由題目信息可知，鐵為陽極電解氫氧化鈉溶液，生成FeO₄^2-，陽極電極反應式為Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O，
故答案為：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O．
（5）原電池的負極發(fā)生氧化反應，正極電極反應式為：①FeO₄^2-+3eˉ+4H₂O=Fe（OH）₃+5OH^-；負極電極反應為：②Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂；依據(jù)電極反應的電子守恒，①×2+②×3合并得到電池反應為：3Zn+2FeO₄^2-+8H₂O=3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4OH^-，
故答案為：FeO₄^2-+3eˉ+4H₂O=Fe（OH）₃+5OH^-；3Zn+2FeO₄^2-+8H₂O=3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4OH^-；
（6）化學式量為89，組成元素是Fe、O、H，其中鐵的相對原子量為56，扣掉56剩下33，化學式中只能含有2個氧原子和1個氫原子，所以可能的組成為FeO（OH），
故答案為：FeO（OH）．

點評 本題考查方程式的書寫、基本的實驗操作、閱讀題目獲取信息能力等，難度中等，需要學生具備綜合運用知識及題目信息分析問題、解決問題能力．對于這類題目，需要搞清楚每一步反應物、生成物，清楚工藝流程原理．