高鐵酸鉀在考題中的呈現(xiàn)角度解析

高中化學必備知識是高考必考的內(nèi)容與命題依據(jù)，是根據(jù)?普通高中化學課程標準（２０１７年版２０２０年修訂）?及高校專業(yè)設(shè)置要求必須要掌握的內(nèi)容．新高考試題要體現(xiàn)基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性與創(chuàng)新性，指向必備知識融合考查是高考命題的重要特征．本文多角度分析高考中高頻考查的高鐵酸鉀，以期把握命題方向，探尋解題規(guī)律，提高備考效率．

１ 融合考查高鐵酸鉀的制備

１.１ 融合元素化合物知識，考查高鐵酸鉀的實驗法制備

制備K２FeO４ 一般有兩種方法，一是融合鐵、鈉及其化合物的性質(zhì)與應(yīng)用的干法制備．先通過反應(yīng)：２FeSO４＋６Na２O２ ＝２Na２FeO４ ＋２Na２O＋O２ ↑ ＋２Na２SO４制得Na２FeO４，然后在低溫下，向Na２FeO４溶液中加入KOH 至飽和，可使K２FeO４ 析出，過濾得粗品，用KOH 溶液溶解，蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，再用苯和９５％ 乙醇溶液進行脫堿、乙醚洗滌，干燥制得K２FeO４．二是融合鐵、氯及其化合物的性質(zhì)與應(yīng)用的濕法制備．是在KOH 堿性條件下，用Cl２ 或ClO－ 將Fe（OH）３ 氧化生成K２FeO４，離子方程式為３Cl２ ＋２Fe（OH）３ ＋１０OH－ ＝２FeO２４－ ＋６Cl－ ＋８H２O，２Fe（OH）３＋３ClO－ ＋４OH－ ＝２FeO２４－ ＋３Cl－ ＋５H２O．元素及其化合物知識是高考化學命題的重要考查內(nèi)容，高鐵酸鉀的實驗法制備融合鐵、鈉、氯等核心元素及其化合物性質(zhì)及應(yīng)用，因此在高考中經(jīng)常出現(xiàn)，復習備考時要予以強化．

例１ 高鐵酸鉀（K２FeO４）是一種綠色、高效的新型水處理劑，對病毒的去除率可達９９.９５％．某興趣小組設(shè)計如下實驗制備K２FeO４ 并探究其性質(zhì)．

已知：① K２FeO４ 為紫色固體，微溶于KOH 溶液;② FeO２４－ 具有強氧化性，在酸性或中性溶液中能快速產(chǎn)生O２，在堿性溶液中較穩(wěn)定．

（１）如圖１所示（夾持裝置略），裝置A 為氯氣發(fā)生裝置，橡膠管的作用是______．

（２）裝置B的作用是______．

（３）裝置C中的KOH 溶液需過量，目的是______．

（４）C 中得到紫色固體．則C 中發(fā)生反應(yīng)生成K２FeO４ 和KCl的離子方程式為______．

解析

本題是融合氯及其化合物、鐵及其化合物性質(zhì)的綜合考查．

（１）裝置A 用于制取Cl２，為了防止因反應(yīng)過于劇烈，燒瓶內(nèi)壓強增大而使液體無法滴落，應(yīng)通過橡膠管將分液漏斗與蒸餾燒瓶連通，目的是平衡體系的壓強，確保濃鹽酸能順利流下．

（２）由于鹽酸具有揮發(fā)性，所得Cl２ 中混有HCl和H２O（g）;HCl會消耗Fe（OH）３、KOH，因此要用飽和NaCl溶液除去HCl．

（３）由題目已知信息可知，K２FeO４ 在酸性或中性環(huán)境下不穩(wěn)定，在堿性環(huán)境中能穩(wěn)定存在，因此，裝置C需要確保堿性環(huán)境，即KOH 溶液要過量．

（４）裝置C在堿性條件下用Cl２ 將Fe（OH）３ 氧化生成K２FeO４，反應(yīng)的離子方程式為３Cl２ ＋２Fe（OH）３＋１０OH－＝２FeO２４－＋６Cl－＋８H２O．

１.２ 融合電化學知識，考查高鐵酸鉀的電解法制備

電化學是制備物質(zhì)的重要方法和手段．電解法制備高鐵酸鉀是以石墨和鐵為電極材料，以濃KOH 溶液為電解質(zhì)溶液，鐵與電源的正極相連，作為陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為Fe－６e－ ＋８OH－ ＝FeO２４－＋４H２O，閉合開關(guān)，通電一段時間后，可觀察到陽極附近溶液變成紫紅色，是電解生成的FeO２４－在溶液中呈現(xiàn)的顏色，實現(xiàn)了電解法制備高鐵酸鉀．高鐵酸鉀也可以作為新型化學電池的正極材料，高鐵酸鉀電池體積小、質(zhì)量小、能量密度大、壽命長且無污染．融合電化學原理制備及應(yīng)用高鐵酸鉀，充分說明了高考化學注重知識點在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用情境，是學以致用的重要體現(xiàn)．

例２ （雙選）高鐵酸鉀（K２FeO４）是環(huán)保型水處理劑，以光伏電池為電源先制備Na２FeO４，再將其轉(zhuǎn)化為高鐵酸鉀，裝置如圖２所示．下列說法不正確的是（ ）．

A．石墨為陽極，鐵電極發(fā)生還原反應(yīng)

B．a(chǎn)含有H２，b為Na２FeO４ 溶液

C．鐵電極反應(yīng)式為Fe－６e－＋８OH－＝FeO２４－＋４H２O

D．若電路中轉(zhuǎn)移１ mol電子，則石墨電極區(qū)NaOH 溶液質(zhì)量增加２３g

解析

本題融合電解池的工作原理及應(yīng)用，先利用電解法制備Na２FeO４，再轉(zhuǎn)化為K２FeO４．鐵電極發(fā)生氧化反應(yīng)生成Na２FeO４，則鐵為陽極，石墨為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，選項A 說法錯誤．石墨電極的電極反應(yīng)式為２H２O＋２e－ ＝２OH－ ＋H２↑，a為H２、NaOH 溶液，b為Na２FeO４ 溶液，選項B說法正確．鐵電極發(fā)生氧化反應(yīng)生成Na２FeO４，根據(jù)得失電子守恒和電荷守恒配平離子方程式為Fe－６e－ ＋８OH－ ＝FeO２４－＋４H２O，選項C說法正確．每轉(zhuǎn)移１mol電子，濃NaOH 溶液中有１molNa＋ 向左遷移，由２H２O＋２e－ ＝２OH－ ＋H２↑可知，生成０.５molH２，石墨電極區(qū)的溶液質(zhì)量凈增１mol×２３g·mol－１－０.５mol×２g·mol－１＝２２g，選項D說法錯誤．答案為A、D．

２ 融合考查高鐵酸鉀的性質(zhì)與應(yīng)用

２.１ 融合氧化還原知識，考查高鐵酸鉀的強氧化性

高鐵酸鉀為暗紫色或紫色固體，具有金屬光澤，具有強氧化性，比Cl２、O２、ClO２、KMnO４ 的氧化性強，微溶于KOH 溶液．干燥品在室溫下穩(wěn)定，在０～５℃堿性溶液中較穩(wěn)定，隨著pH 減小，穩(wěn)定性下降，在酸性或中性溶液中與水快速反應(yīng)產(chǎn)生O２．試題經(jīng)常將高鐵酸鉀的性質(zhì)與氧化還原反應(yīng)及規(guī)律的探究考查有機融合，注重必備知識與關(guān)鍵能力的考查．

例３ 探究K２FeO４ 的性質(zhì)．

（１）取圖３裝置C 中紫色溶液，加入稀硫酸，產(chǎn)生黃綠色氣體，得溶液a，經(jīng)檢驗，氣體中含有Cl２．為證明是否是K２FeO４ 氧化了Cl－ 而產(chǎn)生Cl２，設(shè)計表１所示方案．

ⅰ．由方案Ⅰ中溶液變紅可知a中含有______離子，但該離子的產(chǎn)生不能判斷一定是K２FeO４ 將Cl－ 氧化，還可能由反應(yīng)產(chǎn)生______（用離子方程式表示）．

ⅱ．方案Ⅱ可證明K２FeO４ 氧化了Cl－ ．用KOH溶液洗滌的目的是______．

（２）根據(jù)K２FeO４ 的制備實驗得出，氧化性：Cl２______ FeO２４－（填“＞”或“＜”），而方案Ⅱ?qū)嶒灡砻鳎珻l２ 和FeO２４－的氧化性強弱關(guān)系相反，原因是______．

（３）資料表明，酸性溶液中的氧化性：FeO２４－ ＞MnO－ ４ ，驗證實驗如下：將溶液b滴入MnSO４ 和足量H２SO４ 的混合溶液中，振蕩后溶液呈淺紫色．該現(xiàn)象能否證明氧化性：FeO２４－＞MnO４－．若能，請說明理由;若不能，進一步設(shè)計實驗方案．理由或方案： ______．

解析

（１）溶液a中滴加KSCN 溶液至過量，溶液呈紅色，說明溶液a中含有Fe３＋ ，K２FeO４ 在酸性溶液中快速產(chǎn)生O２ 和Fe３＋ ，產(chǎn)生的Fe３＋ 干擾了實驗檢驗，反應(yīng)為４FeO２４－ ＋２０H＋ ＝３O２↑＋４Fe３＋＋１０H２O．K２FeO４ 在堿性溶液中較穩(wěn)定，并且固體表面附有ClO－ ，加入鹽酸時ClO－ 能與鹽酸反應(yīng)生成Cl２，所以用KOH 溶液洗滌的目的是使K２FeO４ 穩(wěn)定溶出，并除去K２FeO４ 固體附著的ClO－ ，防止ClO－ 與Cl－ 在酸性條件下反應(yīng)生成Cl２，避免ClO－ 干擾實驗．

（２）制備K２FeO４ 的反應(yīng)為３Cl２＋２Fe（OH）３＋１０KOH＝２K２FeO４ ＋６KCl＋８H２O，Cl２ 是氧化劑，K２FeO４ 是氧化產(chǎn)物，則氧化性：Cl２＞K２FeO４，方案Ⅱ反應(yīng)的氧化性：K２FeO４＞Cl２，二者相反．對比兩個反應(yīng)的條件，制備K２FeO４ 在堿性條件下，方案Ⅱ在酸性條件下，說明溶液的酸堿性不同會影響物質(zhì)氧化性的強弱．

（３）將溶液b滴入MnSO４ 和足量H２SO４ 的混合溶液中，振蕩后溶液呈淺紫色，說明生成了KMnO４，根據(jù)實驗現(xiàn)象和氧化還原反應(yīng)規(guī)律可知，能證明氧化性FeO２４－＞MnO４－，因為 K２FeO４ 在酸性溶液中快速生成O２ 和Fe３＋ ，使溶液呈黃色，振蕩后溶液呈淺紫色，一定是KMnO４ 的顏色．

２.２ 融合鹽類水解知識，考查高鐵酸鉀的應(yīng)用

K２FeO４ 易水解，保存時需防潮，是高效、安全、綠色無污染的水處理劑．主要用于飲用水的消毒凈化、生產(chǎn)生活污水的處理與再生使用．K２FeO４ 可增加水體的溶氧量，對水體中亞硝酸鹽、氨氮等污染物具有良好的去除效果．K２FeO４ 消毒是利用其強氧化性可迅速殺滅細菌，凈化水是與水反應(yīng)產(chǎn)生具有強吸附性的Fe（OH）３ 膠體，可除去水中細微的懸浮物．

例４ 高鐵酸鉀（K２FeO４）是高效、綠色的水處理劑，其原理如圖４，下列說法不正確的是（ ）．

A．K２FeO４ 中鐵元素的化合價為＋６價

B．在a過程中K２FeO４ 被活細菌還原

C．在b過程中形成的Fe（OH）３ 膠體能凈水

D．在a過程中活細菌發(fā)生還原反應(yīng)

解析

K２FeO４ 中鉀為＋１價，O 為－２價，故鐵元素的化合價為＋６價，選項A 說法正確．在a過程中K２FeO４ 中Fe元素由＋６價降為＋３價，被活細菌還原，選項B說法正確．在b過程中Fe３＋ 水解形成的Fe（OH）３ 膠體能凈水，選項C說法正確．在a過程中活細菌被K２FeO４ 氧化，發(fā)生氧化反應(yīng)，選項D說法錯誤．答案為D．

綜上，高鐵酸鉀的考查融合了元素化合物、氧化還原反應(yīng)、電化學、鹽類水解等必備知識，同時也融合了高中化學不同模塊知識的考查，在復習過程中要多角度、全面認識高鐵酸鉀的性質(zhì)，提高備考的針對性．

（完）