Question

10．高鐵酸鉀（K₂FeO₄）是一種新型、高效、多功能水處理劑，不會(huì)造成二次污染．
己知高鐵酸鹽熱穩(wěn)定性差，工業(yè)上用濕法制備高鐵酸鉀的基本流程如圖1所示：

（1）①上述氧化過(guò)程中，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是2Fe³⁺+3ClO^-+10OH-=2FeO₄^2-+3C1-+5H₂O，在實(shí)際生產(chǎn)中一般控制反應(yīng)溫度30℃以下，其原因是防止生成的Na₂FeO₄發(fā)生分解．
②沉淀過(guò)程中加入濃KOH溶液可析出高鐵酸鉀（K₂FeO₄ ），這說(shuō)明該溫度下高鐵酸鉀的溶解度比高鐵酸鈉的溶解度�。�
③在提純K₂FeO₄中采用重結(jié)晶、洗滌、低溫烘干的方法，沉淀洗滌方法是將沉淀置于漏斗中，讓蒸餾水浸沒(méi)沉淀，使水自然流下，重復(fù)操作2-3次．
④某溫度下，將C1₂通入NaOH溶液中，反應(yīng)后得到NaCl，NaC1O，NaClO₃的混合溶液，經(jīng)測(cè)定ClO^-與C1O₃^-離子的物質(zhì)的量之比是1：2，則C1₂與氫氧化鈉反應(yīng)時(shí)，被還原的氯元素和被氧化的氯元素的物質(zhì)的量之比為11：3．
（2）工業(yè)上還可用通過(guò)電解濃NaOH溶液制備N(xiāo)a₂FeO₄，其工作原理如圖2所示：陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O，其中可循環(huán)使用的物質(zhì)是NaOH溶液．
（3）CO₂可轉(zhuǎn)化為碳酸鹽，其中Na₂CO₃是一種用途廣泛的碳酸鹽．
己知：25℃時(shí)，幾種酸的電離平衡常數(shù)如表所示．

H2CO3	H2SO3	HNO2	HClO
K1=4.4×10-7 K2=4.7×10-11	K1=1.2×10-2 K2=6.6×10-8	K=7.2×10-4	K=2.9×10-8

25℃時(shí)，向一定濃度的Na₂CO₃溶液中分別滴入等物質(zhì)的量濃度的下列溶液至過(guò)量：
①NaHSO₃②HNO₃③HC1O，溶液中的n （HCO₃^-）與所加入溶液體積（V）的關(guān)系如圖3所示．其中符合曲線Ⅱ的溶液為①③．

Answer 1

分析 （1）①氯氣與氫氧化鈉反應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)氧化劑次氯酸鈉，硝酸鐵水解產(chǎn)生氫氧化鐵膠體，次氯酸鈉將氫氧化鐵氧化成高鐵酸鈉，據(jù)此寫(xiě)出氧化過(guò)程的離子方程式；已知高鐵酸鹽熱穩(wěn)定性差，在實(shí)際生產(chǎn)中一般控制反應(yīng)溫度30℃以下，其原因是防止生成的高鐵酸鈉發(fā)生分解；
②加入濃KOH溶液可析出高鐵酸鉀（K₂FeO₄），說(shuō)明該溫度下，高鐵酸鉀的溶解度比高鐵酸鈉的溶解度��；
③洗滌濾渣的方法是，將濾渣放在過(guò)濾裝置中，用玻璃棒將蒸餾水引流至過(guò)濾裝置中，讓蒸餾水浸沒(méi)沉淀，使水自然流下，重復(fù)操作2～3 次；
④Cl₂生成ClO^-、ClO₃^-化合價(jià)升高，是被氧化的過(guò)程，而Cl₂生成NaCl是化合價(jià)降低被還原的過(guò)程，氧化還原反應(yīng)中氧化劑和還原劑之間得失電子數(shù)目相等，據(jù)ClO^-與ClO₃^-的物質(zhì)的量濃度之比可計(jì)算出失去電子的總物質(zhì)的量，進(jìn)而可計(jì)算得到電子的總物質(zhì)的量；再根據(jù)氯元素被還原生成KCl的化合價(jià)變化為1計(jì)算出被還原的氯元素的物質(zhì)的量，最后計(jì)算出被還原的氯元素和被氧化的氯元素的物質(zhì)的量之比；
（2）依據(jù)陽(yáng)極是鐵，故陽(yáng)極上鐵放電生成FeO₄^2-結(jié)合堿性環(huán)境來(lái)寫(xiě)出電極方程式；根據(jù)OH^-在陽(yáng)極被消耗，而在陰極會(huì)生成來(lái)分析；
（3）由電離平衡常數(shù)可知，酸性：H₂SO₃＞HNO₂＞H₂CO₃＞HSO₃^-＞HClO＞HCO₃^-，根據(jù)強(qiáng)酸制備弱酸，可知H₂SO₃、HNO₂能與碳酸鈉反應(yīng)生成二氧化碳，而HSO₃^-與HClO與碳酸鈉反應(yīng)只能得到碳酸氫鈉．

解答 解：（1）①氯氣與氫氧化鈉反應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)氧化劑次氯酸鈉，硝酸鐵水解產(chǎn)生氫氧化鐵膠體，次氯酸鈉將氫氧化鐵氧化成高鐵酸鈉，離子方程式為：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；已知高鐵酸鹽熱穩(wěn)定性差，在實(shí)際生產(chǎn)中一般控制反應(yīng)溫度30℃以下，其原因是防止生成的高鐵酸鈉發(fā)生分解，
故答案為：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；防止生成的高鐵酸鈉發(fā)生分解；
②加入濃KOH溶液可析出高鐵酸鉀（K₂FeO₄），說(shuō)明該溫度下，高鐵酸鉀的溶解度比高鐵酸鈉的溶解度小，
故答案為：該溫度下，高鐵酸鉀的溶解度比高鐵酸鈉的溶解度小；
③洗滌濾渣的方法是，將濾渣放在過(guò)濾裝置中，用玻璃棒將蒸餾水引流至過(guò)濾裝置中，讓蒸餾水浸沒(méi)沉淀，使水自然流下，重復(fù)操作2～3 次，
故答案為：用玻璃棒將蒸餾水引流至過(guò)濾裝置中，讓蒸餾水浸沒(méi)沉淀，使水自然流下，重復(fù)操作2～3 次；
④Cl₂生成ClO^-與ClO₃^-是被氧化的過(guò)程，化合價(jià)分別由0價(jià)升高為+1價(jià)和+5價(jià)，
經(jīng)測(cè)定ClO^-和ClO₃^-物質(zhì)的量之比為1：2，
則可設(shè)ClO^-為1mol，ClO₃^-為2mol，被氧化的氯元素的物質(zhì)的量為：1mol+2mol=3mol，
根據(jù)化合價(jià)變化可知，反應(yīng)中失去電子的總物質(zhì)的量為：1mol×（1-0）+2mol×（5-0）=11mol，
氧化還原反應(yīng)中得失電子數(shù)目一定相等，則該反應(yīng)中失去電子的物質(zhì)的量也是11mol，
Cl₂生成KCl是被還原的過(guò)程，化合價(jià)由0價(jià)降低為-1價(jià)，
則被還原的Cl的物質(zhì)的量為：$\frac{11mol}{1-0}$=11mol，
所以被還原的氯元素和被氧化的氯元素的物質(zhì)的量之比為11mol：3mol=11：3，
故答案為：11：3；
（2）陽(yáng)極是鐵，故陽(yáng)極上鐵放電生成FeO₄^2-，由于是堿性環(huán)境，故電極方程式為：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O，在電解時(shí)，水電離的H⁺在陰極放電：2H⁺+2e^-=H₂↑，c（OH^-）增大，Na⁺通過(guò)陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入陰極區(qū)，使陰極區(qū)c（NaOH）增大，故NaOH可以循環(huán)使用，
故答案為：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O；NaOH溶液；
（3）由電離平衡常數(shù)可知，酸性：H₂SO₃＞HNO₂＞H₂CO₃＞HSO₃^-＞HClO＞HCO₃^-，根據(jù)強(qiáng)酸制備弱酸，可知H₂SO₃、HNO₂能與碳酸鈉反應(yīng)生成二氧化碳，開(kāi)始加入的酸較小，反應(yīng)生成碳酸氫鹽，溶液中碳酸氫根增大，全部轉(zhuǎn)化為碳酸氫鈉時(shí)，再滴加酸又轉(zhuǎn)化為二氧化碳，而HSO₃^-與HClO與碳酸鈉反應(yīng)只能得到碳酸氫鈉，符合曲線Ⅱ，故答案為：①③．

點(diǎn)評(píng) 本題以制備N(xiāo)a₂FeO₄的為載體，考查鹽類(lèi)的水解、弱酸的電離平衡、氧化還原反應(yīng)方程的書(shū)寫(xiě)、計(jì)算、電極反應(yīng)的書(shū)寫(xiě)，綜合性強(qiáng)，有一定難度，Na₂FeO₄的凈水是常考點(diǎn)，應(yīng)注意歸納總結(jié)．