Question

【题目】实验小组制备高铁酸钾(K2FeO4)并探究其性质。

资料：K2FeO4为紫色固体，微溶于KOH溶液；具有强氧化性，在酸性或中性溶液中快速产生O2，在碱性溶液中较稳定。

制备K2FeO4（夹持装置略）

（1）A为氯气发生装置，A中反应离子方程式是：___。

（2）将除杂装置B补充完整并标明所用试剂。___。

（3）C中得到紫色固体和溶液。C中Cl2发生的反应有：3Cl2+2Fe(OH)3+10KOH→2K2FeO4+6KCl+8H2O，另外还有：___。

（4）已知Cl2与KOH在较高温度下反应生成KClO3。为了保证生产KClO，在不改变KOH溶液的浓度和体积的条件下，控制反应在0℃~5℃进行，实验中可采取的措施是：___、__。

探究K2FeO4的性质

（5）高铁酸钾常用于工业废水与城市生活污水的处理，可用作高效水处理剂，表现在水中与污染物作用的过程中，经过一系列反应，由六价降至三价后，能对水产生净化作用的原因是（结合离子方程式回答）：____。

（6）取C中紫色溶液，加入稀硫酸，产生黄绿色气体，得溶液a，经检验气体中含有Cl2，为证明是否K2FeO4氧化了Cl-而产生Cl2，设计以下方案：

方案I	取少量a，滴加KSCN溶液至过量，溶液呈红色
方案II	用KOH溶液充分洗涤C中所得固体，再用KOH溶液将K2FeO4溶出，得到紫色溶液b，取少量b，滴加盐酸，有Cl2产生

i．由方案I中溶液变红可知a中含有__离子，但该离子的产生不能判断一定K2FeO4将Cl-氧化，还可能由___产生（用离子方程式表示）。

ii．方案II可证明K2FeO4氧化了Cl-。

（7）用KOH溶液洗涤的目的是___。

（8）根据K2FeO4的制备实验得出：氧化性Cl2__FeO42-（填“＞”或“＜”），而方案II实验表明，Cl2和FeO42-的氧化性强弱关系相反，原因是___。

（9）资料表明，酸性溶液中的氧化性FeO42-＞MnO42-，验证实验如下：

将溶液b滴入MnSO4和足量H2SO4的混合溶液中，振荡后溶液呈浅紫色，该现象能否证明氧化性FeO42-＞MnO42-，若能，请说明理由；若不能，进一步设计实验方案，理由或方案：__。

Answer 1

【答案】2MnO4-+10Cl-+16H+=5Cl2↑+2Mn2++8H2O 3Cl2+2Fe(OH)3+10KOH=2K2FeO4+6KCl+8H2O 将装置C中的三颈烧瓶放在冰水浴 在通入氯气的过程中不断搅拌 4FeO42-+10H2O=4Fe(OH)3+3O2↑+8OH-，生成的Fe(OH)3具有净水作用 Fe3+ 4FeO42-+20H+=4Fe3++3O2↑+10H2O 使K2FeO4稳定溶出，并把K2FeO4表面吸附的ClO-除尽，防止ClO-与Cl-在酸性条件下反应产生Cl2，避免ClO-干扰实验 > 溶液酸碱性不同 能说明，理由：FeO42-在过量酸的作用下完全转化为Fe3+和O2，溶液浅紫色一定是MnO42-的颜色；不能说明，方案：向紫色溶液b中滴加过量稀硫酸，观察溶液紫色快速褪去还是显浅紫色。

【解析】

（1）高锰酸钾溶液与浓盐酸加热反应生成氯化钾、氯化锰、氯气和水，据此写出离子方程式；

（2）浓盐酸具有挥发性，因此产生的氯气中含有少量的氯化氢和水蒸气，因此为了不影响后续实验，除杂装置B中加入饱和食盐水，据此进行分析；

（3）由于KOH过量， Cl2与KOH也能发生反应；

（4）控制反应在0℃~5℃进行，采用的方法能够达到降温的目的即可；

（5）根据信息可知，碱性环境下，FeO42-发生氧化还原反应，产生Fe(OH)3胶体，具有较强的吸附作用，能够净水；

（6）i．Fe3+与KSCN溶液相遇，溶液呈红色；K2FeO4在酸性溶液中快速产生O2，自身会转化为Fe3+，据此写出离子方程式；

（7）K2FeO4晶体在碱性条件下较稳定，使用KOH溶液溶出可以使K2FeO4稳定析出，同时K2FeO4固体表面可能吸附ClO-，ClO-在酸性条件下可与Cl-反应生成Cl2，从而干扰实验；

（8）K2FeO4的制备实验中，Fe(OH)3在碱性条件下被Cl2氧化为FeO42-，Cl2为氧化剂，FeO42-为氧化产物，氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性，则Cl2的氧化性强于FeO42-；而方案Ⅱ中，FeO42-在酸性条件下氧化Cl-生成Cl2，FeO42-为氧化剂，Cl2为氧化产物，则FeO42-的氧化性强于Cl2；据此进行分析；

（9）FeO42-在过量酸的作用下完全转化为Fe3+和O2，Mn2+被氧化为MnO42-，溶液浅紫色，故能说明氧化性FeO42-＞MnO42-。

（1）高锰酸钾溶液与浓盐酸混合，反应生成氯化钾、氯化锰、氯气和水，A中反应离子方程式是：2MnO4-+10Cl-+16H+=5Cl2↑+2Mn2++8H2O；

故答案是：2MnO4-+10Cl-+16H+=5Cl2↑+2Mn2++8H2O；

（2）浓盐酸具有挥发性，因此产生的氯气中含有少量的氯化氢，为了不影响后续实验，除杂装置B中加入饱和食盐水，用以除去氯化氢，B中导管应为“长进短出”，如图所示：；

故答案是：；

（3）由于KOH过量，Cl2与KOH反应生成氯化钾和次氯酸钾，离子方程式为：Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O；

故答案是：Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O；

（4）若要控制反应在0℃~5℃进行，实验时将装置C中的三颈烧瓶放在冰水浴，也可以在通入氯气的过程中不断搅拌，以达到降温目的；

故答案是：将装置C中的三颈烧瓶放在冰水浴；在通入氯气的过程中不断搅拌；

（5）根据信息可知，碱性环境下，FeO42-发生氧化还原反应，产生Fe(OH)3胶体，具有较强的吸附作用，能够净水；离子方程式为：4FeO42-+10H2O=4Fe(OH)3+3O2↑+8OH-；

故答案是：4FeO42-+10H2O=4Fe(OH)+3O2↑+8OH-；生成的Fe(OH)3具有净水作用；

（6）i．方案Ⅰ中加入KSCN溶液至过量，溶液呈红色，说明反应后溶液中含有Fe3+；根据题干资料信息：K2FeO4在酸性溶液中快速产生O2，自身会转化为Fe3+；离子方程式为4FeO42-+20H+=4Fe3++3O2↑+10H2O；

故答案是：Fe3+；4FeO42-+20H+=4Fe3++3O2↑+10H2O；

（7）K2FeO4晶体在碱性条件下较稳定，使用KOH溶液洗涤可以使K2FeO4稳定析出，同时K2FeO4固体表面可能吸附ClO-，ClO-在酸性条件下可与Cl-反应生成Cl2，从而干扰实验，因此用KOH溶液洗涤的目的是：使K2FeO4稳定溶出，同时洗去K2FeO4固体表面吸附的ClO-，防止ClO-与Cl-在酸性条件下反应产生Cl2，干扰实验；

故答案是：使K2FeO4稳定溶出，并把K2FeO4表面吸附的ClO-除尽，防止ClO-与Cl-在酸性条件下反应产生Cl2，避免ClO-干扰实验；

（8）K2FeO4的制备实验中，Fe(OH)3在碱性条件下被Cl2氧化为FeO42-，Cl2为氧化剂，FeO42-为氧化产物，氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性，则Cl2的氧化性强于FeO42-；而方案Ⅱ中，FeO42-在酸性条件下氧化Cl-生成Cl2，FeO42-为氧化剂，Cl2为氧化产物，则FeO42-的氧化性强于Cl2；氧化性强弱关系相反的原因是两个反应体系的酸碱性不同，因此溶液的酸碱性会影响物质的氧化性的强弱。

故答案是：>；溶液酸碱性不同；

（9）向含有FeO42-溶液滴入MnSO4和足量H2SO4的混合溶液中，振荡后溶液呈浅紫色，FeO42-在过量酸的作用下完全转化为Fe3+和O2，溶液浅紫色一定是MnO42-的颜色，故能说明氧化性FeO42-＞MnO42-；由于K2FeO4为紫色固体，若向含有FeO42-溶液滴入MnSO4和足量H2SO4的混合溶液中，若观察到溶液的颜色仍为浅紫色；若二者没有发生反应，则氧化性：FeO42-<MnO42-；

故答案是：能说明；FeO42-在过量酸的作用下完全转化为Fe3+和O2，溶液浅紫色一定是MnO42-的颜色；不能说明，向紫色溶液b中滴加过量稀硫酸，观察溶液紫色快速褪去还是显浅紫色。