Question

7．高鐵酸鹽在能源、環(huán)保等方面有著廣泛的用途．工業(yè)上用濕法制備高鐵酸鉀（K₂FeO₄）的流程如圖1所示：

工業(yè)生產(chǎn)過程中使用的KOH溶液和Cl₂可通過電解KCl溶液得到，圖2是離子交換膜法電解KCl溶液的示意圖．
（1）陽離子交換膜的作用為防止Cl₂與KOH溶液發(fā)生副反應；阻止陽極產(chǎn)生的H₂和陰極產(chǎn)生的Cl₂混合發(fā)生爆炸．
（2）精制KCl溶液從圖2中s位置補充，氫氧化鉀溶液從圖2中d位置流出（選填“a”“b”“c”或“d”），左側電極連接電源的正極．
（3）電解KCl溶液過程中，氯氣、KOH是按照固定的比率k（質量比）生成的產(chǎn)品．理論上k=0.63（要求寫出計算表達式和結果），KOH與Cl₂反應時氧化劑和還原劑質量之比為1：1．
（4）KClO溶液與Fe（OH）₃料漿反應的離子方程式為3ClO^-+4OH^-+2Fe（OH）₃=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．
（5）上述流程中多次用到固液分離．工業(yè)上常用的固液分離設備有B、D（填字母）．
A．分餾塔　B．離心機　C．反應釜　D．框式壓濾機
（6）高鐵酸鉀是一種理想的水處理劑，其處理水的原理為高鐵酸鉀有強氧化性，能殺菌消毒，產(chǎn)生的Fe（OH）₃膠體有吸附性，具有凈水作用．

Answer 1

分析 硝酸鐵和氫氧化鉀反應生成了氫氧化鐵和硝酸鉀，過濾后得到的濾液是硝酸鉀溶液，氫氧化鐵料漿和次氯酸鉀反應生成了高鐵酸鉀，反應方程式是：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；已知高鐵酸鹽熱穩(wěn)定性差，溫度不宜過高，加入濃KOH溶液，溶液中鉀離子濃度增大，有利于高鐵酸鉀析出濾液2主要含有KOH，
（1）電解過程產(chǎn)生的氫氣和氯氣能爆炸，氯氣與氫氧化鈉能發(fā)生反應，據(jù)此分析；
（2）根據(jù)K⁺的移動方向，判斷陽極室和陰極室，陰極上發(fā)生還原反應，陽極上發(fā)生氧化反應，據(jù)此可判斷兩極產(chǎn)物，陽極與電源正極相連，陰極與電源負極相連，據(jù)此答題；
（3）根據(jù)電解KCl溶液的反應可知Cl₂與KOH物質的量之比，進而確定k值，根據(jù)KOH與Cl₂的反應，結合氯元素的化合價的變化判斷氧化劑和還原劑質量之比；
（4）堿性條件下KClO溶液與Fe（OH）₃料漿反應生成K₂FeO₄，根據(jù)電荷守恒和元素守恒書寫離子方程式；
（5）分餾塔是用于分離互溶液體的設備，離心機可利用離心力使液體中的固體沉降，反應釜為發(fā)生反應的設備，框式壓濾機可以使物料中的水通過擠壓而排出，據(jù)此選擇；
（6）高鐵酸鉀中Fe的化合價處于+6價，具有強氧化性，可消毒殺菌；其還原產(chǎn)物Fe³⁺在溶液中可形成Fe（OH）₃膠體具有凈水作用；

解答 解：（1）陽離子交換膜可隔絕H₂和Cl₂，防止二者混合發(fā)生爆炸，同時氫氧化鈉在陰極產(chǎn)生，而氯氣在陽極產(chǎn)生，所以還可防止Cl₂與KOH溶液發(fā)生副反應，
故答案為：防止Cl₂與KOH溶液發(fā)生副反應；阻止陽極產(chǎn)生的H₂和陰極產(chǎn)生的Cl₂混合發(fā)生爆炸；
（2）根據(jù)K⁺的移動方向，可以確定圖中左側為陽極室，右側為陰極室，左側陽極上Cl^-放電生成氯氣，即氣體1為Cl₂，該電極接電源正極，則KCl溶液應從a位置補充，右側陰極上水電離出的H⁺放電生成H₂，溶液中剩余的OH^-與遷移過來的K⁺形成KOH，則KOH溶液從d位置流出，
故答案為：a；d；正；
（3）電解KCl溶液的反應為2KCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2KOH+H₂↑+Cl₂↑，產(chǎn)生的Cl₂與KOH物質的量之比為1：2，則質量之比k=（71 g•mol-1×1 mol）：（56 g•mol-1×2 mol）≈0.63，KOH與Cl₂的反應為2KOH+Cl₂=KCl+KClO+H₂O，該反應中Cl₂既是氧化劑又是還原劑，氯元素化合價一部分從0價升高到+1價，一部分降低到-1價，所以氧化劑和還原劑質量之比為1：1，
故答案為：0.63；1：1；
（4）堿性條件下KClO溶液與Fe（OH）₃料漿反應生成K₂FeO₄，反應的離子方程式為3ClO^-+4OH^-+2Fe（OH）₃=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，
故答案為：3ClO^-+4OH^-+2Fe（OH）₃=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
（5）分餾塔是用于分離互溶液體的設備，離心機可利用離心力使液體中的固體沉降，達到固液分離的目的，反應釜為發(fā)生反應的設備，框式壓濾機可以使物料中的水通過擠壓而排出，達到固液分離的目的，故選B、D；
（6）高鐵酸鉀中Fe的化合價處于+6價，具有強氧化性，可消毒殺菌；其還原產(chǎn)物Fe³⁺+在溶液中可形成Fe（OH）₃膠體具有凈水作用，
故答案為：高鐵酸鉀有強氧化性，能殺菌消毒；產(chǎn)生的Fe（OH）₃膠體有吸附性，具有凈水作用．

點評 實驗方案設計與評價是高考不變的一個題型，每年高考必考，是熱點題型、也是高考難點之一．本題主要考查了氧化還原反應和離子反應方程式的書寫、化學平衡的移動、膠體的凈水原理，重點是利用化合價的升價和化學計量數(shù)判斷氧化劑和還原劑的比例和有關溶度積的計算．