Question

11．K₂FeO₄是一种新型水处理剂，工业上可用FeSO₄制备K₂FeO₄，其工艺流程如下：

请回答下列问题：
（1）实验室保存硫酸亚铁溶液时，加入少量稀硫酸，其目的是抑制亚铁离子的水解．
（2）写出上述流程中制备高铁酸钠的化学方程式：2Fe（OH）₃+3NaClO+4NaOH=2Na₂FeO₄+3NaCl+5H₂O．
（3）高铁酸钠转化成高铁酸钾的原理是高铁酸钠在溶液中溶解大于高铁酸钾．
（4）已知常温下，K甲[Fe（OH）₃]=1.0×10^-34．离子浓度≤1×10^-5mol．L^-1时，可认为已完全沉淀．则上述操作中，调节pH的范围应为大于4.3．
（5）高铁酸钾净水原理如下：首先，具有强氧化性的高铁酸钾氧化细菌，高铁酸钾被还原成Fe³⁺，然后，铁离子水解生成氢氧化铁胶体粒子，胶粒聚沉水中杂质．Fe³⁺水解包括以下几步反应：
①Fe³⁺（aq）+H₂O（l）?Fe（OH）²⁺（aq）+H⁺（aq）K₁
②Fe（OH）²⁺（aq）+H₂O（l）?Fe（OH）₂⁺（aq）+H⁺（aq）K₂
③Fe（OH）₂⁺+H₂O（l）?Fe（OH）₃（胶体）+H⁺（aq）K₃
K₁、K₂、K₃的大小排序为K₁＞K₂＞K₃．
如果废水中酸性过强，不利于净水，其原因是溶液酸性过强会抑制铁离子的水解，不能产生氢氧化铁胶体．

Answer 1

分析 根据反应的流程可知，硫酸亚铁被双氧水氧化，再调节pH值可得氢氧化铁固体，氢氧化铁固体在碱性条件下被次氯酸钠氧化得Na₂FeO₄溶液，在溶液中加入氯化钾结晶可得K₂FeO₄，
（1）在保存硫酸亚铁溶液时要防止亚铁离子水解；
（2）氢氧化铁与次氯酸钠反应生成高铁酸钠和氯化钠，利用元素守恒和电子得失守恒书写化学方程式；
（3）根据在溶液中溶解大的物质可以生成溶解度小的物质的原理分析；
（4）调节pH使铁离子沉淀完全，即c（Fe³⁺）≤1×10^-5mol．L^-1，根据Ksp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）•c³（OH^-）可计算出溶液中氢氧根离子的浓度，进而确定pH值；
（5）多元弱酸弱碱是分步电离的，所以弱碱阳离子也是分步水解的，其中一级水解程度大于二级水解，二级水解程度大于三级水解，据此判断水解平衡常数的大小，溶液酸性过强会抑制铁离子的水解．

解答 解：根据反应的流程可知，硫酸亚铁被双氧水氧化，再调节pH值可得氢氧化铁固体，氢氧化铁固体在碱性条件下被次氯酸钠氧化得Na₂FeO₄溶液，在溶液中加入氯化钾结晶可得K₂FeO₄，
（1）在保存硫酸亚铁溶液时要防止亚铁离子水解，所以加入少量的硫酸目的是抑制亚铁离子的水解，
故答案为：抑制亚铁离子的水解；
（2）氢氧化铁与次氯酸钠反应生成高铁酸钠和氯化钠，反应方程式为2Fe（OH）₃+3NaClO+4NaOH=2Na₂FeO₄+3NaCl+5H₂O，
故答案为：2Fe（OH）₃+3NaClO+4NaOH=2Na₂FeO₄+3NaCl+5H₂O；
（3）高铁酸钠在溶液中溶解大于高铁酸钾，所以铁酸钠在溶液中可以转化成高铁酸钾，
故答案为：高铁酸钠在溶液中溶解大于高铁酸钾；
（4）调节pH使铁离子沉淀完全，即c（Fe³⁺）≤1×10^-5mol．L^-1，根据Ksp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）•c³（OH^-）可知溶液中c（OH^-）=$\root{3}{\frac{1.0×10{\;}^{-34}}{1×1{0}^{-5}}}$=1×$1{0}^{-\frac{29}{3}}$，c（H⁺）=1×$1{0}^{-\frac{13}{3}}$，所以pH≈4.3，所以要使铁离子完全沉淀，溶液的pH值大于4.3，
故答案为：大于4.3；
（5）多元弱酸弱碱是分步电离的，所以弱碱阳离子也是分步水解的，其中一级水解程度大于二级水解，二级水解程度大于三级水解，所以K₁＞K₂＞K₃，溶液酸性过强会抑制铁离子的水解，不能产生氢氧化铁胶体，所以不利于净水，
故答案为：K₁＞K₂＞K₃；溶液酸性过强会抑制铁离子的水解，不能产生氢氧化铁胶体．

点评 本题主要考查化学工艺流程分析，意在考查考生对已学知识的掌握、理解、迁移、转化、重组和解决实际问题的能力．