Question

【題目】實(shí)驗(yàn)小組制備高鐵酸鉀（K2FeO4）并探究其性質(zhì)。

資料：K2FeO4為紫色固體，微溶于KOH溶液；在酸性或中性溶液中快速產(chǎn)生O2，在堿性溶液中較穩(wěn)定。

（1）K2FeO4作為高效、多功能水處理劑的原因是______________________________。

（2）制備K2FeO4（夾持裝置略）

①A為氯氣發(fā)生裝置。A中反應(yīng)方程式是_____________________________。

②該裝置有明顯不合理設(shè)計(jì)，如何改進(jìn)？____________________________。

③改進(jìn)后，B中得到紫色固體和溶液。B中Cl2發(fā)生的反應(yīng)有3Cl2+2Fe(OH)3+10KOH=2K2FeO4+6KCl+8H2O，另外還有____________________________。

（3）探究K2FeO4的性質(zhì)（改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)）

①取B中紫色溶液，加入稀硫酸，產(chǎn)生黃綠色氣體，得溶液a，經(jīng)檢驗(yàn)氣體中含有Cl2。為證明是否K2FeO4氧化了Cl－而產(chǎn)生Cl2，設(shè)計(jì)以下方案：

方案Ⅰ	取少量a，滴加KSCN溶液至過量，溶液呈紅色。
方案Ⅱ	用KOH溶液充分洗滌B中所得固體，再用KOH溶液將K2FeO4溶出，得到紫色溶液b。取少量b，滴加鹽酸，有Cl2產(chǎn)生。

a．由方案Ⅰ中溶液變紅可知a中含有______離子，但該離子的產(chǎn)生不能判斷一定是K2FeO4將Cl－氧化，還可能由_________________________產(chǎn)生（用方程式表示）。

b．方案Ⅱ可證明K2FeO4氧化了Cl－。用KOH溶液洗滌的目的是______________。

②根據(jù)K2FeO4的制備實(shí)驗(yàn)和方案Ⅱ?qū)嶒?yàn)表明Cl2和的氧化性強(qiáng)弱關(guān)系相反，原因是_____________。

Answer 1

【答案】K2FeO4具有強(qiáng)氧化性，能夠消毒殺菌；同時FeO42被還原成Fe3+，F(xiàn)e3+水解形成Fe（OH）3膠體，能夠吸附水中懸浮雜質(zhì) 2KMnO4+16HCl(濃)=2MnCl2+2KCl +5Cl2↑+8H2O 應(yīng)該增加盛裝飽和食鹽水的洗氣瓶，吸收蒸發(fā)出來的HCl氣體 Cl2+2OH=Cl+ClO+H2O Fe3+ 4FeO42+20 H+=4Fe3++3O2↑+10H2O 排除ClO的干擾 溶液的酸堿性不同

【解析】

(1)K2FeO4為紫色固體，微溶于KOH溶液；在酸性或中性溶液中快速產(chǎn)生O2，說明K2FeO4具有強(qiáng)氧化性，而FeO42被還原成Fe3+，F(xiàn)e3+水解形成Fe（OH）3膠體，能夠吸附水中懸浮雜質(zhì)，所以可以用來凈水；

(2)本實(shí)驗(yàn)采用氯氣與氫氧化鐵在堿性條件下制備K2FeO4，而采用濃鹽酸與高錳酸鉀溶液反應(yīng)制備的氯氣中混有氯化氫雜質(zhì)，應(yīng)先除去；

(3)通過Cl2、Fe(OH)3與KOH之間的反應(yīng)制備K2FeO4，溶液中可能存在副反應(yīng)Cl2+2OH=Cl+ClO+H2O，因此制備出的K2FeO4中可能混有次氯酸鉀和氯化鉀等雜質(zhì)。

方案I，取少量a，滴加KSCN溶液至過量，溶液呈紅色說明溶液中存在Fe3+，但Fe3+不一定是與K2FeO4將Cl－氧化，根據(jù)題干已知K2FeO4在酸性或中性溶液中快速產(chǎn)生O2，同時產(chǎn)生Fe3+，氯氣是由酸性條件下次氯酸根與氯離子發(fā)生歸中反應(yīng)生成的。

方案II可以證明K2FeO4將Cl－氧化，方案II中采氫氧化鉀溶液洗滌高鐵酸鉀，使K2FeO4穩(wěn)定析出，并除去ClO，防止酸性條件下ClO與Cl發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生Cl2，干擾實(shí)驗(yàn)。

(1)K2FeO4在酸性或中性溶液中快速產(chǎn)生O2，說明K2FeO4具有強(qiáng)氧化性，能夠殺菌消毒，而FeO42被還原成Fe3+，F(xiàn)e3+水解形成Fe（OH）3膠體，能夠吸附水中懸浮雜質(zhì)，所以可以用來凈水；

(2)①A中用濃鹽酸和高錳酸鉀反應(yīng)制備氯氣，化學(xué)方程式為：2KMnO4+16HCl(濃)=2MnCl2+2KCl+5Cl2↑+8H2O；

②氯氣中的主要雜質(zhì)為濃鹽酸揮發(fā)出的氯化氫氣體，制備K2FeO4需在強(qiáng)堿條件下進(jìn)行，應(yīng)用飽和氯化鈉溶液除去氯化氫氣體。

③C中主要是Cl2、Fe(OH)3與KOH之間的反應(yīng)制備K2FeO4，除了已知反應(yīng)，還有Cl2與KOH的歧化反應(yīng)：Cl2+2OH=Cl+ClO+H2O；

(3)①a.溶液中加入KSCN呈紅色證明其中含有Fe3+，酸性條件下K2FeO4不穩(wěn)定，因此生成Fe3+的反應(yīng)還有：4FeO42+20H+=4Fe3++3O2↑+10H2O；

b.用氫氧化鉀溶液洗滌的目的是洗去固體表面附著的氧化性離子ClO，以免對FeO42氧化Cl產(chǎn)生干擾，并在洗滌時保證K2FeO4的穩(wěn)定性，避免FeO42在酸性或中性溶液中快速產(chǎn)生O2。

②實(shí)驗(yàn)中在堿性條件下Cl2制備FeO42，可以得出氧化性為Cl2＞FeO42，而方案Ⅱ則得出相反的結(jié)論，主要是因?yàn)樵谒嵝原h(huán)境中氧化性FeO42＞Cl2。