Question

14．高鐵酸鹽在能源、環(huán)保等方面有著廣泛的用途．工業(yè)上制備K₂FeO₄的常用方法有兩種．
方法一：濕法．工藝流程如圖．

（1）完成“氧化”過程中反應(yīng)的化學(xué)方程式：
2FeCl₃+10NaOH+3NaClO═2Na₂FeO₄+9NaCl+5H₂O，其中氧化劑是NaClO（填化學(xué)式）．
（2）加入飽和KOH溶液的目的是減小高鐵酸鉀的溶解，促進高鐵酸鉀晶體析出；用異丙醇洗滌的目的是減少高鐵酸鉀的損耗．
方法二：干法．把Fe₂O₃、KNO₃、KOH混合加熱生成紫紅色高鐵酸鹽和KNO₂等產(chǎn)物．
（3）在干法制備K₂FeO₄的反應(yīng)中，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為3：1．

Answer 1

分析 方法一：濕法為次氯酸鹽氧化法，工藝流程：氯化鐵溶液中加入次氯酸鈉和氫氧化鈉，反應(yīng)為：2FeCl₃+10NaOH+3NaClO=2Na₂FeO₄+9NaCl+5H₂O；將Na₂FeO₄粗產(chǎn)品在40%KOH溶液中溶解，過濾除去雜質(zhì)NaCl，加入飽和KOH溶液后，將Na₂FeO₄轉(zhuǎn)化為溶解度更小的K₂FeO₄，反應(yīng)方程式為Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄+2NaOH，冷卻結(jié)晶，過濾，高鐵酸鉀易溶于水，難溶于異丙醇，用異丙醇代替水洗滌產(chǎn)品可以減少高鐵酸鉀的損耗，同時洗去高鐵酸鉀晶體表面的KOH和其他雜質(zhì)，得到純產(chǎn)品高鐵酸鉀．
（1）反應(yīng)中NaClO是氧化劑，還原產(chǎn)物是NaCl，根據(jù)元素守恒，可知反應(yīng)式中需要補充NaCl和H₂O．根據(jù)化合價升降法配平方程式；
（2）加入飽和KOH溶液可以增大K⁺的濃度，使平衡向右移動；高鐵酸鉀在水中的溶解度遠遠大于在異丙醇中的溶解度；
方法二：干法
（3）根據(jù)含元素化合價升高的物質(zhì)為還原劑，含元素化合價降低的物質(zhì)為氧化劑，并利用化學(xué)反應(yīng)方程式中的化學(xué)計量數(shù)來分析氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比．

解答 解：濕法為次氯酸鹽氧化法，工藝流程：氯化鐵溶液中加入次氯酸鈉和氫氧化鈉，反應(yīng)為：2FeCl₃+10NaOH+3NaClO=2Na₂FeO₄+9NaCl+5H₂O；將Na₂FeO₄粗產(chǎn)品在40%KOH溶液中溶解，過濾除去雜質(zhì)NaCl，加入飽和KOH溶液后，將Na₂FeO₄轉(zhuǎn)化為溶解度更小的K₂FeO₄，反應(yīng)方程式為Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄+2NaOH，冷卻結(jié)晶，過濾，高鐵酸鉀易溶于水，難溶于異丙醇，用異丙醇代替水洗滌產(chǎn)品可以減少高鐵酸鉀的損耗，同時洗去高鐵酸鉀晶體表面的KOH和其他雜質(zhì)，得到純產(chǎn)品高鐵酸鉀．
方法一：濕法
（1）反應(yīng)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(yīng)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）Na₂FeO₄+2KOH?K₂FeO₄+2NaOH，加入飽和KOH溶液可以增大K⁺的濃度，使平衡向右移動，析出晶體，高鐵酸鉀易溶于水，難溶于異丙醇，用異丙醇代替水洗滌產(chǎn)品可以減少高鐵酸鉀的損耗，同時洗去高鐵酸鉀晶體表面的KOH和其他雜質(zhì)，得到純產(chǎn)品高鐵酸鉀，
故答案為：減小高鐵酸鉀的溶解，促進高鐵酸鉀晶體析出；減少高鐵酸鉀的損耗；
方法二：干法．
（3）Fe₂O₃+3KNO₃+4KOH═2K₂FeO₄+3KNO₂+2H₂O，氮元素的化合價由+5價變?yōu)?3價，鐵元素的化合價由+3價變?yōu)?6價，則KNO₃為氧化劑，F(xiàn)e₂O₃為還原劑，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為3：1，
故答案為：3：1．

點評 本題考查物質(zhì)制備，為高頻考點，涉及氧化還原反應(yīng)、除雜、氧化還原反應(yīng)配平等知識點，明確氧化還原反應(yīng)基本概念、實質(zhì)及物質(zhì)分離和提純方法與物質(zhì)性質(zhì)關(guān)系是解本題關(guān)鍵，熟悉流程圖中各個步驟可能發(fā)生的反應(yīng)、基本操作、設(shè)計目的，題目難度中等．