Question

高铁酸钾广泛应用于净水、电池工业等领域。工业上以钛白粉生产的副产品FeSO₄制备高铁酸钾的生产流程如下：

查资料得知K₂FeO₄的一些性质：
①在碱性环境中稳定，在中性和酸性条件下不稳定
②溶解度很大，难溶于无水乙醇等有机溶剂
③具有强氧化性，能氧化有机烃、苯胺和80%以下乙醇溶液
回答下列问题：
（1）写出“氧化I”中，生成Fe³⁺的离子反应方程式                            。
（2）氧化II中，试剂A为            (填“H₂O₂”或“HNO₃”或“NaClO”)；过滤操作中，得到的滤渣B中除NaCl还有           
（3）操作I中包括冷却结晶、过滤、洗涤干燥几个步骤。洗涤干燥的目的是脱碱脱水，进行该操作时最好用              洗涤。
（4）净水时高铁酸钾能逐渐与水反应生成絮状的Fe(OH)₃，请补充并配平该反应方程式：     K₂FeO₄ +       H₂O =      Fe(OH)₃↓ +      KOH +                                                   
（5）将一定量的K₂FeO₄投入一定浓度的FeCl₃溶液中，测得剩余K₂FeO₄浓度如下图所示，推测产生曲线I和曲线II差异的原因是                                               。

Answer 1

（16分）
（1）H₂O₂+2H⁺+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O（3分，配平错扣1分）
（2）NaClO  Na₂SO₄（各2分，共4分）
（3）无水乙醇（3分）
（4）4   10   4    8    3O₂ ↑ （产物正确1分，共3分）
（5）FeCl₃溶液水解显酸性，促进K₂FeO₄与水反应，从而降低K₂FeO₄浓度（3分）

试题分析：（1）原料为硫酸亚铁溶液，所含亚铁离子具有还原性，硫酸是强酸，提供氢离子，不仅能抑制亚铁离子和铁离子的水解，而且能增强过氧化氢的氧化能力，使亚铁离子氧化为铁离子，根据化合价升降法、电荷守恒、原子守恒配平，则氧化I中生成铁离子的离子方程式为H₂O₂+2H⁺+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O；（2）由于目标产物是K₂FeO₄，它在碱性环境中稳定，在中性和酸性条件下不稳定，则氧化II中加入的氧化剂不能使H₂O₂，因为H₂O₂在碱性条件下的氧化性比酸性条件下弱，试剂A也不能是HNO₃，因为酸性条件下Na₂FeO₄不稳定，试剂A只能是 NaClO，氧化II中反应为2NaOH+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O、Fe₂(SO₄)₃+3NaClO+10NaOH==2Na₂FeO₄+3NaCl+3Na₂SO₄+5H₂O；根据已知信息可知，K₂FeO₄的溶解度很大，由此类推Na₂FeO₄的溶解度很大，为了从Na₂FeO₄、NaCl、Na₂SO₄、NaClO（过量）、NaOH（过量）组成的混合溶液中分离出Na₂FeO₄、NaOH（过量），则过滤所得滤渣的主要成分为NaCl、Na₂SO₄、NaClO（过量），除去它们之后所得的Na₂FeO₄、NaOH（过量）溶液用于制备K₂FeO₄；（3）Na₂FeO₄、NaOH（过量）溶液中加入过量KOH时的反应为：Na₂FeO₄+2KOH= K₂FeO₄+2NaOH，所得溶液经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤可得K₂FeO₄晶体；由于K₂FeO₄的溶解度很大，难溶于无水乙醇等有机溶剂，且具有强氧化性，能氧化有机烃、苯胺和80%以下乙醇溶液，除去碱的同时，为了减少洗涤晶体造成K₂FeO₄的损失，最好选择无水乙醇洗涤K₂FeO₄晶体；（4）观察可得，该反应中铁元素由+6价将为+3价，钾元素、氢元素的化合价都没有变化，根据氧化还原反应的特征推断，化合价升高的元素只能是氧，氧元素由—2价升为其相邻的0价，则缺项物质为氧气，根据化合价升降法、原子守恒配平可得：4K₂FeO₄+10H₂O==4Fe(OH)₃↓ +8KOH+3O₂↑；（5）根据已知信息可知，K₂FeO₄在碱性环境中稳定，在中性和酸性条件下不稳定，氯化铁是强酸弱碱盐，能水解，导致其溶液显弱酸性，K₂FeO₄在酸性条件下不稳定，酸性越强，K₂FeO₄越不稳定，反应速率越大，剩余K₂FeO₄的浓度越小。