2023版高三一轮总复习化学鲁科版教案：第3章 课题探究2 高铁酸盐的制备与应用

1、PAGE PAGE 6 高铁酸盐的制备与应用高铁酸盐是含有FeOeq oal(2,4)的一类化合物，其中心原子Fe以6价存在，在酸性条件下和碱性条件下的标准电极电势分别为E0FeOeq oal(2,4)/Fe32.20 V，E0FeOeq oal(2,4)/Fe(OH)30.72 V，因此，无论在酸性条件，还是碱性条件下高铁酸盐都具有极强的氧化性，可以广泛用于水和废水的氧化、消毒、杀菌。高铁酸盐是备受关注的一类新型、高效、无毒的多功能水处理剂。在饮用水的处理过程中，集氧化、吸附、絮凝、沉淀、灭菌、消毒、脱色、除臭等八大特点为一体的综合性能，是其他水处理剂不可比拟的。代表物质高铁酸钾(K2FeO

2、4)为紫色固体，极易溶于水，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。pH在66.5时，每升水加K2FeO4 610 mg，常温下30分钟即可杀灭水体中致病菌、大肠杆菌、伤寒杆菌及病毒去除率为99.5%99.95%，无异味适口性好，达安全饮用标准。为此本产品在水处理系列产品中显示出超强的优势。K2FeO4可由氯气与氢氧化钠反应生成饱和次氯酸钠浓碱液，再用硝酸铁氧化，经氢氧化钾溶解而得。也可电解氯化铁和氢氧化钠溶液后，再与氢氧化钾反应制得。高铁酸钾已成为新型的绿色环保水处理材料，用于工业废水与城市生活污水的处理、鱼塘水产养殖类水处理、海洋防污治理、游泳池

3、水的再生使用等。高铁酸盐的湿法制备原理在一定温度下，将氯气通入KOH溶液中制得含有次氯酸钾的溶液；在剧烈搅拌条件下，将Fe(NO3)3分批加入次氯酸钾溶液中，控制反应温度，以免次氯酸钾分解；加KOH至饱和，使K2FeO4充分析出，再经纯化得产品，其纯度在95%以上。工业上用湿法制备高铁酸钾(K2FeO4)的流程如图所示：反应的化学方程式为Cl22KOH=KClKClOH2O。(1)你能写出氯碱工业中制备氯气的化学方程式吗？答案2NaCl2H2Oeq o(=,sup9(电解)2NaOHH2Cl2(2)制备过程要控制反应温度，温度过高会导致次氯酸钾自身分解生成两种化合物，产物之一是氯酸钾(KClO

4、3)，你能推测出另一种产物吗？答案氯化钾(或KCl)。(3)向饱和Fe(NO3)3溶液中加入过量NaOH溶液，有何现象？然后通入氯气，写出可能发生反应的离子方程式。答案生成红褐色沉淀；2Fe(OH)33Cl210OH=2FeOeq oal(2,4)6Cl8H2O 。(4)工业流程中反应的目的是什么？沉淀时加入饱和KOH溶液的目的是什么？答案反应的目的是生成氧化剂KClO；增大K浓度，促进K2FeO4晶体析出。电解法制备高铁酸盐的探究电解法制备高铁酸钾操作简便，成功率高，易于实验室制备。其原理如图所示。实验过程中，两极均有气体产生，Y极区溶液逐渐变成紫红色；停止实验，铁电极明显变细，电解液仍然澄

5、清。查阅资料发现，高铁酸根(FeOeq oal(2,4)在溶液中呈紫红色。(1)电解过程中，你能写出X极电极反应式吗？你能判断出Y极放电的主要物质或粒子吗？你能写出Y极的电极反应式吗？答案2H2O2e=H22OH。Fe和OH。Fe6e8OH=FeOeq oal(2,4)4H2O,4OH4e=2H2OO2。(2)电解法制备高铁酸钾时，取出电解槽中的紫红色溶液少许，然后加入少量稀硫酸，可能有什么现象？根据此现象，你认为紫红色溶液的酸碱性如何？答案有气泡产生；溶液的紫红色变浅，最后变为黄色。紫红色溶液为碱性溶液。高铁酸钾的净水原理探究高铁酸钾(K2FeO4)是一种新型、高效、多功能水处理剂，其与水的

6、离子反应是4FeOeq oal(2,4)10H2O=4Fe(OH)3(胶体)3O28OH，具有很强的氧化性，一方面可以消毒，也可增加水中的溶解氧，同时Fe(OH)3胶体可以吸附水中的悬浮杂质达到净水目的。因该物质具有绿色环保、选择性高、活性强等特点受到人们关注。某实验小组为探究高铁酸钾的某种性质，进行如下两种实验。实验一：将适量K2FeO4分别溶解于pH为4.74、7.00、11.50的水溶液中，配得FeOeq oal(2,4)浓度为1.0 mmolL1(1 mmolL11103molL1)的试样，分别静置800 min，考查初始pH不同的水溶液对K2FeO4某种性质的影响，结果如图1。实验二

7、：将适量K2FeO4溶解于pH4.74的水溶液中，配制成FeOeq oal(2,4)浓度为1.0 mmolL1的试样，将试样分别置于20 、30 、40 和60 的恒温水浴中，考查不同温度对K2FeO4某种性质的影响，结果如图2。 图1图2(1)你认为实验一的目的是什么？答案探究高铁酸钾在不同pH溶液中的稳定性(或与水反应的速率)。(2)分析实验二及图2，可得出的什么样的结论？答案在溶液中温度越高，高铁酸钾越不稳定。(3)高铁酸钾在水中的反应为4FeOeq oal(2,4)10H2O=4Fe(OH)3(胶体)8OH3O2。由图1可知，800 min 时，初始pH11.50溶液中的高铁酸钾浓度比

8、初始pH4.74溶液中的高，你认为主要原因是什么？答案pH11.50溶液中OH浓度大，不利于该反应正向进行(或抑制了FeOeq oal(2,4)的水解)。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。(1)制备K2FeO4(夹持装置略)A为氯气发生装置。A中反应方程式是_(锰被还原为Mn2)。将除杂装置B补充完整并标明所用试剂。C中得到紫色固体和溶液。C中Cl2发生的反应有3Cl22Fe(OH)310KOH=2K2FeO46KCl8H2O，另外还有(填写离子方程式)_。(2)探

9、究K2FeO4的性质取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：方案取少量a，滴加KSCN溶液至过量，溶液呈红色方案用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.由方案中溶液变红可知a中含有_，但该离子的产生不能判断一定是K2FeO4将Cl氧化，还可能由_产生(用离子方程式表示)。.方案可证明K2FeO4氧化了Cl。用KOH溶液洗涤的目的是_。根据K2FeO4的制备实验得出：氧化性Cl2_FeOeq oal(2,4)(填“”或“M

10、nOeq oal(,4)，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FeOeq oal(2,4)MnOeq oal(,4)。若能，请说明理由；若不能，进一步设计实验方案。理由或方案：_。解析(1)KMnO4被HCl还原为MnCl2，HCl被氧化为Cl2，反应的化学方程式为2KMnO416HCl=2KCl2MnCl25Cl28H2O。应在装置B中加入饱和食盐水，以除去混在Cl2中的HCl。洗气时，气体应长管进、短管出。过量的KOH还能与Cl2发生歧化反应，化学方程式为Cl22KOH=KClKClOH2O。(2).滴加KSCN溶液，溶液变红，说明原溶液中含有Fe3。有Fe3生成，不能判断FeOeq oal(2,4)一定与Cl发生了反应，根据题目给出的信息，K2FeO4在酸性或中性条件下，FeOeq oal(2,4)会与H发生氧化还原反应生成Fe3和O2，离子方程式为4FeOeq oal(2,4)20H=4Fe33O210H2O。.用KOH溶液洗涤可除去混在C所得固体中的ClO。碱性条件下