化学自习室移动版

在高中化学的各类考试试题中，我们常常会发现一些散落在教材角落里的物质被命题者精心设计成构思巧妙的考题。这些物质并非教材正文中的重点内容，而是或出现在资料卡片里，或隐含在课后习题、科学视野等栏目中，平时学习时容易被大家忽略，一旦出现在试卷上，自然就会觉得有些陌生。不过，看到这类题目时大可不必慌张，因为无论物质的外在形式多么新奇，其化学行为的底层逻辑始终不变。只要牢牢抓住“结构决定性质”这一核心思想，从物质的组成微粒、化学键类型、空间构型等结构特征出发，去推导它可能具有的性质，那些看似陌生复杂的设问往往会变得清晰明了，解题的突破口也会随之显现。

我们继续来说说高中化学教材中的隐形物质，《必修一》课本第28页的课后习题中有提到Na₂FeO₄，本期来认识一下高铁酸钠，同时了解一下她的小姐妹高铁酸钾。

一、物理性质

紫黑色/ 深紫色晶体，易溶于水，水溶液呈紫红色(图2)，K₂FeO₄外观和Na₂FeO₄很接近(图1)，但溶解度更小；

二者电离方程式：Fe为＋6 价(Fe的最高价)

Na₂FeO₄=2Na^＋＋FeO₄^2－

K₂FeO₄=2K^＋＋FeO₄^2－

二、化学性质——在干燥状态198℃下相对稳定。

以高铁酸钠为例，高铁酸钾同理

1.强氧化性：(氧化性强于KMnO₄)

(1)与水反应(中性或弱碱性条件)

4Na₂FeO₄ ＋ 10H₂O = 8NaOH ＋ 4Fe(OH)₃ ＋ 3O₂↑

溶于水所释放的氧气能有效地杀灭水中的病菌和病毒；自身被还原成Fe(OH)₃胶体，能高效地除去水中的微细悬浮物。由于其强烈的氧化和絮凝共同作用，高铁酸盐的消毒和除污效果全面优于含氯消毒剂和高锰酸盐。酸性条件下也会发生相似反应，产物是铁离子。

(2)氧化硫化氢(H₂S)、甲硫醇(CH₃SH)、氨气(NH₃)等恶臭物质，将其转化为安全无味的物质。

故，Na₂FeO₄以及高铁酸钾在对水的消毒和净化过程中不产生任何对人体有害的物质，高铁酸盐被公认为绿色消毒剂。

2. 受热易分解：

碱性环境较稳定；酸性、中性条件极易分解

4Na₂FeO₄ = 2Fe₂O₃ ＋ 4Na₂O ＋ 3O₂↑

三、主要用途

1.新型高效水处理剂(饮用水、污水杀菌、除浊、除臭)；

2.高铁电池正极材料(新型高能电池)；

3.有机废水氧化降解。

四、制备

湿法制备——2Fe(OH)₃＋3ClO^－＋ 4OH^－= 2FeO₄^2－＋ 3Cl^－＋ 5H₂O

干法制备——2FeSO₄＋6Na₂O₂=2Na₂FeO₄＋2Na₂O＋2Na₂SO₄＋O₂↑

典例精讲

(2411杭州一模)20.(10分)高铁酸钾(K₂FeO₄)是一种高效多功能水处理剂。某实验小组按如下步骤制备K₂FeO₄，部分装置如图所示。

Ⅰ.取30gNaOH溶于水中，用冰水冷却并保持体系温度在20℃以下。搅拌下、通入Cl₂至饱和，再分批次加入70gNaOH固体，充分反应后滤去析出的晶体。

Ⅱ.搅拌下向滤液中分批次加入，再加入NaOH固体至饱和，过滤。

Ⅲ.保持滤液温度20℃左右，加入饱和KOH溶液，过滤得粗产品。

已知：①制备原理：

②K₂FeO₄难溶于无水乙醇等有机溶剂，遇水迅速放出O₂，在低温、干燥或强碱性溶液中稳定存在。

(1)装置图中仪器x的名称是______，步骤Ⅰ中析出的晶体的化学式为_________。

(2)步骤Ⅰ通入Cl₂时控制温度20℃以下，目的是____________________。

(3)下列说法不正确的是____________________。

A.装置甲中固体A可以为KMnO₄

B.装置乙吸收HCl，有利于提高产率

C.分批次加入的主要目的是防止反应速率过快

D.水中的溶解度：

(4)对粗产品进行重结晶，选择正确操作排序：(______)→(______)→E→(______)→(______)

A.将粗产品溶于冰水B.将粗产品溶于溶液

C.冰水洗涤D.将溶液注入冷的KOH饱和溶液中，充分搅拌

E.过滤F.依次用乙醇、乙醚洗涤

G.空气中晾干H.真空干燥器中干燥

(5)测定高铁酸钾样品的纯度：称取高铁酸钾样品，完全溶解于浓KOH溶液中，再加入足量亚铬酸钾反应后配成100mL溶液；取上述溶液于锥形瓶中，加入稀硫酸调至，用硫酸亚铁铵溶液滴定，消耗标准硫酸亚铁铵溶液。该过程中发生反应：

A.

B.

C.

①高铁酸钾样品的纯度__________(用含有、、的代数式表示)。

②测得产品的纯度为，则产物中含有的杂质是____________________(填化学式)。

【答案】：(1)三颈烧瓶、NaCl(2分)

(2)有利于增大Cl₂溶解度；防止高温下Cl₂与NaOH反应生成NaClO₃(或防止NaClO分解)(2分)

(3)CD(2分)

(4)B、D F、H(2分)

(5)①(1分、列出计算式也可以)②Na₂FeO₄(或其他合理答案)(1分)

课外练习

1．(三草酸合亚铁酸钾)是一种橙色固体，能溶于水，难溶于乙醇，在分析化学中用作吸氧剂。可通过如下实验装置(夹持装置省略)，先制得难溶于水的FeC₂O₄，再制取三草酸合亚铁酸钾。

回答下列问题：

(1)将铁粉放入A中，加入少量蒸馏水，按图连接好装置，进行的操作为：①打开K₁、K₃；和K₄，关闭K₂；②……；③……；④关闭K₁、K₂。操作②是_______，目的是_______；经操作③，B装置中生成FeC₂O₄，此时活塞K₂、K₃的状态是_______。

(2)向生成FeC₂O₄的B装置中重新加入混合溶液，充分反应后加入乙醇，作用是_______，从而获得沉淀。对所得产品洗涤干净后进行如下分析：取Mg产品进行含铁量的测定，平均分成三份加入锥形瓶中，加入稀H₂SO₄溶解后，用C mol·L的KMnO₄溶液滴定，三次实验消耗KMnO₄溶液的平均体积为V mL。产品中铁元素的质量分数表达式为_______%；若产品加入锥形瓶后放置时间过长，则测定的质量分数将_______(填“偏高”偏低”或“不变”)。

(3)加热时易分解。现利用如下装置检验其受热分解所得产物是否含有CO、CO₂：

各装置接口的连接顺序为A→HI→_______(填标号)；实验开始时，先通一段时间的。若气体产物中含有CO，则装置中的现象是_______。

【答案】1．(1)验纯证明装置内空气已排尽(防止产品被氧化)关闭K₃，打开K₂

(2)降低三草酸合亚铁酸钾的溶解度，便于析出偏低

(3) FG→BC(或CB)→D(E) (B中黑色固体变红，)E中澄清石灰水不变浑浊，且C中澄清石灰水变浑浊

2．高铁酸钾(K₂FeO₄)是一种新型高效绿色水处理剂。实验室利用下图装置制备高铁酸钾(K₂FeO₄)，并探究其性质。

已知K₂FeO₄具有下列性质：紫色固体，可溶于水，微溶于KOH溶液；具有强氧化性。在酸性或中性溶液中与水反应快速产生，在0～5℃的强碱性溶液中比较稳定。与水反应能产生Fe(OH)₃胶体，可除去水中的悬浮物，有净水作用。

回答下列问题：

(1)a发生反应的化学方程式为_______。

(2)b的作用是_______。

(3)C采用冰水冷却的目的是_______。C中得到紫色固体和溶液，C中Cl₂发生的反应有

反应①：，

反应②：______。

(4)D中盛装的试剂除NaOH溶液外，还可选用试剂_______(填字母)。

A．NaClB．FeCl₂C．H₂SO₄D．Ca(OH)₂

(5)探究K₂FeO₄的性质：取C中的紫色溶液，加入稀硫酸，产生黄绿色气体，经检验气体中含有Cl₂。该现象_______(“能”或“不能”)证明K₂FeO₄氧化了而产生Cl₂，理由是_______。

(6)K₂FeO₄与水反应的化学方程式为_______。

【答案】2．(1)MnO₂＋4HCl(浓)MnCl₂＋Cl₂↑＋2H₂O

(2)除去氯气中的HCl

(3) 防止高铁酸钾损失 Cl₂＋2NaOH=NaCl＋NaClO＋H₂O

(4)B

(5)不能 ClO^－＋Cl^－＋2H^＋=Cl₂↑＋H₂O

(6)4K₂FeO₄＋10H₂O=4Fe(OH)₃(胶体)＋8KOH＋3O₂↑

3．高铁酸钾(K₂FeO₄)是一种新型、高效、多功能绿色水处理剂。

资料：①K₂FeO₄为紫色固体，干燥品在室温下稳定，在碱性溶液中较稳定。随着碱性的减弱，稳定性下降，与水反应放出氧气。

②K₂FeO₄通过强烈的氧化作用可迅速杀灭细菌，有消毒作用，同时不会产生有害物质。

③K₂FeO₄与水反应还能产生具有强吸附性的Fe(OH)₃胶体，可除去水中细微的悬浮物，有净水作用。

(1)a为氯气发生装置，发生反应的化学方程式为_______。

(2)用“双线桥”表示上述化学方程式中电子转移的情况_______。

(3)装置C中制备K₂FeO₄时，发生反应的离子方程式为_______。

(4)B中盛放的是_______溶液。D中发生反应的离子方程式为_______。

(5)K₂FeO₄与水反应的化学方程式为_______。

【答案】3．(1)

(2)

(3)

(4)饱和NaCl 2OH^－＋Cl₂=Cl^－＋ClO^－＋H₂O

(5)

4．高铁酸钾(K₂FeO₄)具有高效的消毒作用，为一种新型非氯高效消毒剂。已知：K₂FeO₄易溶于水、微溶于浓碱溶液，不溶于乙醇，在0～5℃的强碱性溶液中较稳定。

I.湿法制备高铁酸钾方法如下(夹持装置略去)。

原理：实验室中常用KClO在强碱性介质中与Fe(NO₃)₃反应制备K₂FeO₄。

(1)上述装置中制备氯气的离子方程式为_______。盛装浓盐酸的分液漏斗右侧的导管的作用是_______。

(2)氯气的发生装置可以选择图中的_______(用图中大写字母表示)。

(3)选择上述装置，制备K₂FeO₄，按气流从左到右的方向，合理的连接顺序是A→_______(填仪器接口字母，仪器不可重复使用)。

(4)写出KClO在强碱性介质中与Fe(NO₃)₃反应生成K₂FeO₄的离子方程式：_______。

II.干法制备高铁酸钾的主要反应为：。

(5)该反应中的还原剂是_______，每生成1mol Na₂FeO₄转移_______个电子(阿伏加德罗常数的值用N_A表示)。

【答案】4．(1) MnO₂＋4H^＋＋2Cl^－Mn^2＋＋Cl₂↑＋2H₂O平衡压强，使分液漏斗中的液体顺利流下

(2)A

(3)F→G→C→B→E

(4)

(5) FeSO₄、Na₂O₂   5N_A

5．高铁酸钾(K₂FeO₄，g/mol)是一种高效多功能的绿色消毒剂，在新冠疫情期间大显身手。

【查阅资料】K₂FeO₄为紫色固体，易溶于水，微溶于KOH溶液，不溶于乙醇；具有强氧化性，在0℃～5℃的强碱性溶液中较稳定，在酸性或中性溶液中快速产生。

I.湿法制备K₂FeO₄(夹持装置略)

(1)装置A中所用浓盐酸浓度为11.6mol/L，现欲用其配制100mL，0.6mol/L 的稀溶液。则需量取_______mL浓溶液，量取所用量筒的规格是_______(填“10mL”“25mL”或“50mL”)。若所配制的稀溶液浓度偏大，则可能的原因是_______(填字母)。

A．配制前，容量瓶中有少量蒸馏水B．量取浓溶液时，仰视液面

C．未经冷却，立即转移至容量瓶定容D．定容时，仰视液面

(2)A中发生反应的化学方程式是_______。

(3)下列试剂中，装置b的x溶液可以选用的是_______(填字母)。

A．饱和食盐水B．浓盐酸C．氢氧化钠溶液D．饱和溶液

(4)C中得到紫色固体和溶液，生成K₂FeO₄的化学方程式是_______。

II.干法制备高铁酸钾分两步进行

(5)第一步反应为：，该反应氧化剂和还原剂的物质的量之比为_______；

第二步反应为：

(6)实验室用100mL 2.00溶液发生上述反应，产品经干燥后得到纯品35.0g，则K₂FeO₄的产率为_______(保留一位小数)。

【答案】5．(1) 5.2 10mL BC

(2)

(3)A

(4)

(5)5：3

(6)88·4%

6．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)

①A为氯气发生装置，A中反应的离子方程式是_______。

②将除杂装置B补充完整并标明所用试剂_______。

③C中得到紫色固体和溶液，C中Cl₂发生的反应有，另外还有_______。

(2)探究K₂FeO₄的性质

①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：

ⅰ.向沸水中逐滴滴加1mol/LFeCl₃溶液，至液体呈透明的红褐色，该分散系中粒子直径的范围是_______nm。

ⅱ.由方案上可知a中含有Fe^3＋离子，但该离子的产生不能判断一定是K₂FeO₄将氧化，还可能由_______产生(用离子方程式表示)。

ⅲ.方案Ⅱ可证明K₂FeO₄氧化了Cl^－用KOH溶液洗涤的目的是_______。

②根据K₂FeO₄的制备实验得出：氧化性，而方案Ⅱ实验表明，Cl₂和的氧化性强弱关系相反，原因可能是_______。

【答案】6．(1) 10Cl^－＋2＋16H^＋=2Mn^2＋＋5Cl₂↑＋8H₂O

Cl₂＋2KOH=KCl＋KClO＋H₂O

(2) 1－100 4＋20H^＋=3O₂↑＋4Fe^3＋＋10H₂O除去KClO、排除ClO^－的干扰，同时保持K₂FeO₄稳定存在溶液的酸碱性的不同影响物质氧化性的强弱

7．高铁酸钾K₂FeO₄是一种新型非氯高效消毒净水剂，实验室由氧化法制备制取K₂FeO₄的装置如下：

(1)装置A中产生Cl₂，反应中化合价降低的元素是_______(填元素名称)。

(2)装置C中被氧化为高铁酸钠溶液，该反应的离子方程式为_______。

(3)充分反应后，在较低温度下向装置C所得溶液中加入浓KOH溶液，析出K₂FeO₄粗产品，则该条件下K₂FeO₄的溶解度_______(填“大于”“小于”或“等于”)的溶解度。

(4)测定K₂FeO₄粗产品纯度的实验步骤如下：

步骤一：称取高铁酸钾粗产品配成溶液。取该溶液于锥形瓶内，向其中加入足量，发生反应

步骤二：向锥形瓶内加入适量稀，发生反应；再滴加硫酸亚铁铵溶液至恰好完全反应，发生反应:。

步骤三：重复以上步骤2~3次，平均消耗硫酸亚铁铵溶液。

计算该K₂FeO₄粗产品的纯度______ (写出计算过程)。

【答案】7．(1)锰

(2)2Fe(OH)₃＋3ClO—＋4OH—=2FeO＋3Cl—＋5H₂O

(3)小于

(4)₉₉%

8．自来水是自然界中的淡水经过絮凝、沉淀、过滤、消毒等工艺处理后得到的。常用的自来水消毒剂有二氧化氯(ClO₂)和高铁酸钾(K₂FeO₄)等。

(1)某研究小组用下图装置制备少量ClO₂(夹持装置已略去)。

资料：ClO₂常温下为易溶于水而不与水反应的气体，水溶液呈深黄绿色，11℃时液化成红棕色液体。以NaClO₃和HCl的乙醇溶液为原料制备ClO₂的反应为2NaClO₃＋4HCl= 2ClO₂↑＋Cl₂↑＋ 2NaCl＋2H₂O。

①冰水浴的作用是_______。

② NaOH溶液中发生的主要反应的离子方程式为_______。

(2)将ClO₂水溶液滴加到KI溶液中，溶液变棕黄；再向其中加入适量淀粉溶液，观察到__，证明ClO₂具有氧化性。

(3)ClO₂在杀菌消毒过程中会产生副产物亚氯酸盐(ClO)，需将其转化为Cl^－除去。下列试剂中，可将ClO转化为Cl^－的是____(填字母序号)。

A．FeSO₄B．O₃  C．KMnO₄D．SO₂

(4)K₂FeO₄是一种新型、绿色的多功能净水剂，集氧化、吸附、絮凝、沉淀、灭菌、消毒、脱色、除臭等性能为一体。实验室制备K₂FeO₄的方法如下：在冰水浴中，向KClO和KOH的混合溶液中少量多次加入硝酸铁，并不断搅拌。上述制备K₂FeO₄反应的离子方程式为___。

【答案】8．(1)分离Cl₂和ClO₂ Cl₂＋2OH^－=Cl^－＋ClO^－＋H₂O

(2)溶液变蓝色

(3)AD

(4)

9．高铁酸钾K₂FeO₄为暗紫色固体，是一种高效多功能的新型非氯绿色消毒剂，易溶于水，在KOH浓溶液中溶解度较低，在酸性或中性溶液中不稳定，在碱性溶液中较稳定且碱性越强越稳定。某实验小组设计如图装置制备Na₂FeO₄，根据所学知识回答下列问题：

(1)装置a中发生反应的方程式_______。

(2)装置b中盛装的液体是_______。

(3)先向装置C的三口烧瓶中通入一段时间的Cl₂制备NaClO，再滴加Fe(NO₃)₃溶液时发生反应的离子方程式为_______。

(4)向装置C中通入的Cl₂不能过量，原因是_______。

(5)若无装置D，可能产生的危害是_______。

(6)装置C中反应结束后，过滤，然后向滤液中加入饱和KOH溶液，低温析出K₂FeO₄晶体。由此可知低温时溶解度：K₂FeO₄_______(填“大于”、“小于”或“等于”)。

(7)高铁酸钾K₂FeO₄是水处理过程中的一种新型综合型的水处理剂。高铁酸钾具有强氧化性，在净水过程中可生成胶体，高铁酸钾能用于净水的原理是_______。

(8)固体化合物x由3种元素组成。某学习小组进行了如下实验：

x的化学式_______，混合物y的组成_______。

【答案】9．(1)

(2)饱和食盐水

(3)

(4)在碱性条件下稳定，在酸性或中性溶液中不稳定，若通入氯气过量，则C中碱性减弱

(5)氯气有毒，排放到空气中会污染空气

(6)小于

(7)高铁酸钾在中性或者酸性条件下不稳定，净水时发生反应，生成Fe(OH)₃胶体，吸附水中颗粒物

(8) Cu和NaOH

10．某小组同学在实验室制备高铁酸钾K₂FeO₄，并探究制备的适宜条件。制备K₂FeO₄的实验装置如下(夹持装置略)。

资料：K₂FeO₄为紫色固体，微溶于KOH溶液。

(1)装置A中产生Cl₂的化学方程式是_______(锰元素被还原为)。

(2)研究试剂A对K₂FeO₄产率的影响，对比实验如下。

注：上述实验中，溶液总体积、FeCl₃和Fe(NO₃)₃的物质的量、Cl₂的通入量均相同。

①实验II、III产生K₂FeO₄，将方程式补充完整______。

还原反应：；

氧化反应：。

②对实验I未产生K₂FeO₄而实验II能产生的原因提出假设：实验Ⅱ溶液碱性较强，增强＋3价铁的还原性。以下实验证实了该假设。

步骤1：通入，电压表示数为；

步骤2：向右侧烧杯中加入_______(填试剂)，电压表示数为。

③反思装置b的作用：用饱和NaCl溶液除去HCl，目的是_______。

④实验II中K₂FeO₄的产率比实验III低，试解释原因：_______。

(3)向实验II所得紫色溶液中继续通入Cl₂，观察到溶液紫色变浅。可能原因是通入Cl₂后发生_______(填离子方程式)而使溶液碱性减弱，进而导致K₂FeO₄分解。

(4)综上，制备K₂FeO₄的适宜条件是_______。

【答案】10．(1)

(2)  KOH固体防止与反应，避免+3价铁的还原性减弱而使K₂FeO₄产率降低 II中大，不利于正向进行。(或根据反应：，II中大，Cl₂的氧化性减弱)

(3)

(4)选用Fe(NO₃)₃和过量KOH溶液、通入适量Cl₂

11．高铁酸钾(K₂FeO₄)是一新型、高效、无毒的多功能水处理剂。K₂FeO₄为紫色固体，微溶于KOH溶液，在酸性或中性溶液中快速产生O₂，在碱性溶液中较稳定。实验室用高锰酸钾、浓盐酸、氢氧化铁和氢氧化钾溶液制备K₂FeO₄；装置图如下所示：

已知：C中发生反应的化学方程式为。

回答下列问题：

(1)A中盛放KMnO₄固体的仪器名称为______。

(2)装置B中饱和NaCl溶液的作用是______。

(3)写出D中发生反应的离子方程式：______。

(4)K₂FeO₄在酸性条件下发生的离子反应为(未配平)，现取C中洗涤并干燥后的样品45g，加入稀硫酸，收集到3.36L 气体(标准状况下)。计算样品中高铁酸钾的质量分数______ (写出计算过程)(计算结果保留到0.1%)。

【答案】11．(1)圆底烧瓶(或烧瓶)(2)除去氯气中混有的氯化氢气体

(3)(4)88·0%

12．高铁酸钾K₂FeO₄是一种新型非氯高效消毒净水剂，集氧化、消毒、吸附、絮凝、去污等多种功能为一体，是新型、高效、安全、多功能的水处理剂。如图是以三价铁盐作为铁源、次氯酸盐作为强氧化剂制备高铁酸钾的装置图(部分夹持装置略)。回答下列问题：

(1)向圆底烧瓶中添加浓盐酸时，应先使磨口塞上的凹槽与漏斗口上的小孔对准，原因是___________，装置b既可以除去a中挥发出的HCl气体，又可以___________。

(2)实验结束时通入氮气的目的是___________。

(3)低温下，向充分反应后的装置C中液体加入KOH至饱和，可析出高铁酸钾粗产品，该反应的离子方程式为___________。粗产品中的可溶性杂质可通过___________方法进一步提纯。

(4)目前，利用氧化还原滴定原理测定高铁酸钾纯度最为常见的方法是亚铬酸盐法：

K₂FeO₄样品溶液滴定

准确称取a g 高铁酸钾粗品配成溶液，取该待测液于锥形瓶中，加入浓碱性溶液和过量的三价铬盐；再加稀硫酸和指示剂二苯胺磺酸钠，用硫酸亚铁铵标准液滴定至溶液颜色由紫色变成浅绿色，即为终点，共消耗标准液(假设杂质不参与反应)。

①滴定时发生反应的离子方程式为___________。

②该粗品中高铁酸钾的质量分数为___________(用含字母的代数式表示)。

【答案】12．(1)使分液漏斗内外的空气相通，平衡内外压强，便于液体顺利流出观测气体流速，进而调节后续反应速率

(2)将体系内残留的氯气排尽

(3)重结晶

(4)％