Question

【題目】高鐵酸鉀(K2FeO4)是很好的凈水劑，高鐵酸鋇( BaFeO4)是高能電池陽極的優良材料。已知：K2FeO4為紫色固體，微溶于KOH溶液，在酸性或中性溶液中能快速產生O2，在堿性溶液中較穩定；在堿性溶液中，NaCl、NaNO3、K2FeO4的溶解性都小于Na2FeO4；BaFeO4難溶于水和堿性溶液。某化學興趣小組欲制取“84”消毒液，進而制取少量K2FeO4和 BaFeO4。請回答下列問題：

（實驗一）選擇合適的儀器和試劑制取氯氣，進而制備高濃度的“84”消毒液。

(1)選擇合適的儀器，導管接口正確的連接順序為___________；所選裝置(A或B)中發生反應的離子方程式為______________________。

（實驗二）用“84”消毒液制取K2FcO4

實驗步驟：①用如圖所示裝置(夾持儀器略去)使反應物充分反應；②用砂芯漏斗對燒杯中的溶液進行抽濾，向濾液中慢慢加入KOH溶液；③再用砂芯漏斗對步驟②的最后反應混合物進行抽濾，并用苯、乙醚洗滌沉淀，真空干燥后得K2FeO4。

(2)寫出步驟①中物質在20℃冷水浴中發生反應的化學方程式：______________________。

(3)步驟②中能夠發生反應的原因是______________________，步驟③中不用水，而用苯、乙醚洗滌沉淀的目的是_________________________________。

（實驗三）將上述產品配成K2FeO4堿性溶液，再慢慢加入Ba(OH)2溶液，抽濾得 BaFeO4。

(4)若投入ag硝酸鐵晶體，得到bg高鐵酸鋇，則高鐵酸鋇的產率是___________。[已知Fe(NO3)3·9H2O的摩爾質量為404g·mol－1， BaFeO4的摩爾質量為257g·mol－1]

（實驗四）利用如圖所示電解裝置也可以制得 BaFeO4。

(5)在___________(填“陽極區”或“陰極區”)可得到高鐵酸鋇，陽極的電極反應式為____________。

Answer 1

【答案】a（或b）ihcdg MnO2+2Cl-+4H+Mn2++Cl2↑+H2O(或2MnO4-+10Cl-+16H+=2Mn2++5Cl2↑+8H2O) 3NaClO+2Fe(NO3)3+10NaOH=2Na2FeO4+3NaCl+6NaNO3+5H2O 相同條件下K2FeO4的溶解度小于Na2FeO4的溶解度 避免K2FeO4與水反應，減小K2FeO4的損失，便于K2FeO4的的干燥 或 陽極區 Fe+8OH-+Ba2+-6e-=BaFeO4+4H2O

【解析】

(1)與NaOH溶液反應制取“84”消毒液的氯氣中不能含有HCl，但含有的水蒸氣不影響反應，所以氯氣的制備裝置應該連接除去氯化氫的飽和食鹽水，再連有冷水浴裝置的氫氧化鈉溶液，最后連接裝置E，防止剩余的氯氣污染空氣，故儀器正確的連接順序是a（或b）ihcdg；

裝置的選擇有兩種情況：選用固液加熱裝置A時就用二氧化錳與濃鹽酸反應MnO2+2Cl-+4H+Mn2++Cl2↑+H2O；選用固液不加熱裝置B時，就用高錳酸鉀與濃鹽酸反應，2MnO4-+10Cl-+16H+=2Mn2++5Cl2↑+8H2O；

（2）隨著Fe(NO3)39H2O的加入和反應3NaClO+Fe(NO3)3=3NaNO3+Fe(OH)3的進行，另有反應3NaClO+2Fe(OH)3+4NaOH=2Na2FeO4+3NaCl+5H2O開始進行，兩個反應的總反應為3NaClO+2Fe(NO3)3+10NaOH=2Na2FeO4+3NaCl+6NaNO3+5H2O；

(3)根據題干中已知物質的溶解性情況，相同條件下K2FeO4的溶解度小于Na2FeO4,的溶解度,步驟2中的反應為Na2FeO4+2KOH= K2FeO4+ 2NaOH，抽濾后得K2FeO4固體。用水洗滌產物時K2FeO4與水反應，會加大其溶解消耗，用苯或乙醚洗滌，能減少K2FeO4的溶解損失，也便于K2FeO4的干燥；

（4）K2FeO4溶液與Ba(OH)2溶液混合后發生的反應為K2FeO4+Ba(OH)2= BaFeO4+2KOH，從總體反應關系看Fe(NO3)39H2O BaFeO4，ag Fe(NO3)39H2O理論上可以生成BaFeO4 ，BaFeO4的產率為；

（5）Fe作陽極被氧化為FeO42-，FeO42-不能通過陽離子交換膜擴散到陰極區，Ba2+與FeO42-反應生成難溶的BaFeO4，所以在陽極區可獲得高鐵酸鋇，陽極的電極反應式為Fe+8OH-+Ba2+-6e-=BaFeO4+4H2O。