Question

5．高铁酸钾（K₂FeO₄）是一种新型、高效、多功能绿色水处理剂，比C1₂、O₂、C1O₂、KMnO₄氧化性更强，无二次污染，工业上是先制得高铁酸钠，然后在低温下，向高铁酸钠溶液中加入KOH至饱和，使高铁酸钾析出．
（1）干法制备高铁酸钠的主要反应为：
2FeSO₄+a Na₂O₂=2Na₂FeO₄+b X+2Na₂SO₄+c O₂↑
反应中物质X应是Na₂O，a与c的关系是a=4+2c．
②简要说明K₂FeO₄作为水处理剂时，在水处理过程中所起的作用K₂FeO₄具有强氧化性，能杀菌消毒，消毒过程中自身被还原为铁离子，铁离子水解生成胶体可吸附水中悬浮杂质而沉降．
（2）湿法制备高铁酸钾（K₂FeO₄）的反应体系中有六种数粒：Fe（OH）₃、C1O^-、OH^-、FeO₄^2-、C1^-、H₂O．
①写出并配平湿法制高铁酸钾的离子反应方程式：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．
②每生成1mol FeO₄^2-转移3 mo1电子，若反应过程中转移了0.3mo1电子，则还原产物的物质的量为0.15mo1．
③低温下，在高铁酸钠溶液中加入KOH至饱和可析出高铁酸钾（K₂FeO₄），说明什么问题该温度下K₂FeO₄比Na₂FeO₄的溶解度小．

Answer 1

分析 （1）①反应中铁元素由+2价升高到+6价，过氧化钠中的部分氧由-1价升高到0价，根据氧化还原反应中元素化合价升降规律，过氧化钠中的另一部分氧一定会由-1价降低到-2价，反应中硫、铁原子已经守恒，故X只能为Na₂O；根据原子守恒判断a、c关系；
②利用氧化性消毒，利用胶体吸附杂质；
（2）①高铁酸钾是生成物，则Fe（OH）₃是反应物，该反应中Fe元素化合价由+3价变为+6价，则Fe（OH）₃是还原剂，还需要氧化剂参加反应，C1O^-具有强氧化性，所以C1O^-是反应物，生成物是C1^-，Cl元素化合价由+1价变为-1价，转移电子数为6；
②该反应中Fe元素化合价由+3价升高到+6价，Cl元素化合价由+1价变为-1价，转移电子数为6，根据转移电子和高铁酸根离子之间关系式计算转移电子物质的量、根据转移电子和还原产物之间关系式计算还原产物物质的量；
③相同条件下溶解度低的先析出．

解答 解：（1）①反应中铁元素由+2价升高到+6价，过氧化钠中的部分氧由-1价升高到0价，根据氧化还原反应中元素化合价升降规律，过氧化钠中的另一部分氧一定会由-1价降低到-2价，反应中硫、铁原子已经守恒，故X只能为Na₂O，配平后方程式为2FeSO₄+6Na₂O₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Na₂FeO₄+2Na₂O+2Na₂SO₄+O₂↑，可知a=4+2c，
故答案为：Na₂O；a=4+2c；
②K₂FeO₄具有强氧化性，能杀菌消毒，消毒过程中自身被还原为铁离子，铁离子水解生成胶体可吸附水中悬浮杂质而沉降，从而净化水，
故答案为：K₂FeO₄具有强氧化性，能杀菌消毒，消毒过程中自身被还原为铁离子，铁离子水解生成胶体可吸附水中悬浮杂质而沉降；
（2）①高铁酸钾是生成物，则Fe（OH）₃是反应物，该反应中Fe元素化合价由+3价变为+6价，则Fe（OH）₃是还原剂，还需要氧化剂参加反应，C1O^-具有强氧化性，所以C1O^-是反应物，生成物是C1^-，Cl元素化合价由+1价变为-1价，转移电子数为6，溶液在碱性条件下进行，则氢氧化根离子参加反应，生成水，反应方程式为2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，故答案为：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
②2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O中Fe元素化合价由+3价升高到+6价，则该反应中转移电子数为6，每生成1mol FeO₄^2-转移电子物质的量$\frac{6mol}{2}$=3mol，该反应中还原产物是氯离子，若反应过程中转移了0.3mo1电子，则还原产物的物质的量$\frac{0.3mol}{6}$=0.15mol，
故答案为：3；0.15；
③由于该温度下K₂FeO₄比Na₂FeO₄的溶解度小，所以低温下在高铁酸钠溶液中加入KOH至饱和可析出高铁酸钾（K₂FeO₄），故答案为：该温度下K₂FeO₄比Na₂FeO₄的溶解度小．

点评 本题考查氧化还原反应有关计算，为高频考点，侧重考查学生分析计算能力，正确判断各个物理量之间关系式是解本题关键，难点是化学反应方程式的配平，要注意原子守恒、转移电子守恒及电荷守恒，题目难度不大．