高铁酸钾 (K ₂ FeO ₄ ) 可溶于水、微溶于浓 KOH 溶液、难溶于无水乙醇；在强碱性溶液中比较稳定，在 Fe ³⁺ 或 Fe(OH) ₃ 的催化作用下分解，是一种绿色高效的水处理剂。某实验小组用如图装置 ( 加热夹持仪器已省略 ) 制备 KClO 溶液，再用制得的 KClO 溶液与 Fe(NO ₃ ) ₃ 溶液反应制备 K ₂ FeO ₄ 。

回答下列问题：

(1)K ₂ FeO ₄ 中铁元素的化合价为 _______ ，仪器 X 的名称为 _______ 。

(2) 装置 B 的作用是 _______ ( 任写一点 ) ，装置 D 中发生反应的离子方程式为 _______ 。

(3) 现有 ① Fe(NO ₃ ) ₃ 溶液、 ②含 KOH 的 KClO 溶液，上述两种溶液混合时，将 _______ ( 填标号，下同 ) 滴入 ______ 中，发生的反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 _______ 。

(4) K ₂ FeO ₄ 的理论产率与合成条件相应曲面投影的关系如图 ( 虚线上的数据表示 K ₂ FeO ₄ 的理论产率 ) 所示，则制备 K ₂ FeO ₄ 的最适宜的条件范围是 _______ 。

(5) 高铁酸钾是一种理想的水处理剂，其处理水的原理为 _______ 。

答案

+6 三颈烧瓶 除去氯气中的氯化氢 Cl ₂ +2OH ^- =Cl ^- +ClO ^- +H ₂ O ① ② 3 ： 2 反应时间为 50~60min 时，反应温度为 5~10℃ K ₂ FeO ₄ 具有强氧化性，能杀菌消毒，产生的氢氧化铁胶体具有吸附杂质、絮凝的作用

【分析】

装置 A 中浓盐酸与 MnO ₂ 共热得到氯气，利用饱和食盐水除去氯气中混有的 HCl ，之后通入 KOH 溶液中得到 KClO 和 KCl 的混合溶液，装置 D 处理尾气，干燥管可以防止倒吸。

【详解】

(1)K ₂ FeO ₄ 中 K 元素为 +1 价， O 为 -2 价，根据化合价之和为 0 可知 Fe 为 +6 价；根据仪器 X 的结构特点可知其为三颈烧瓶；

(2) 浓盐酸具有挥发性，生成的氯气中混有 HCl 气体，饱和 NaCl 溶液可以除去 HCl 气体；装置 D 中是利用 NaOH 溶液反应氯气，处理尾气，离子方程式为 Cl ₂ +2OH ^- =Cl ^- +ClO ^- +H ₂ O ；

(3) 根据题意可知高铁酸钾在强碱性溶液中比较稳定，所以在制备过程中要保持溶液为碱性环境，即 KOH 要处于过量的状态，所以应将 ①滴入②中；该反应中氧化剂是 KClO ，被还原为 Cl ^- ， Fe(NO ₃ ) ₃ 为还原剂，被氧化为 FeO ，根据电子守恒可知 KClO 和 Fe(NO ₃ ) ₃ 的物质的量之比为 3 ： 2 ；

(4) 据图可知当反应时间为 50~60min 时，反应温度为 5~10℃ 时 K ₂ FeO ₄ 的理论产率最高；

(5)K ₂ FeO ₄ 具有强氧化性，能杀菌消毒，其还原产物铁离子水解生成氢氧化铁胶体，具有吸附杂质、絮凝的作用。