Question

（16分）高鐵酸鈉（Na₂FeO₄）具有很強的氧化性，廣泛應用于凈水、電池工業等領域。以粗FeO(含有CuO、Al₂O₃和SiO₂等雜質)制備高鐵酸鈉的生產流程如下，回答下列問題：

已知：NaClO不穩定，受熱易分解。
（1）粗FeO酸溶過程中通入水蒸氣（高溫），其目的是__________________________。
（2）操作I目的是得到高純度FeSO₄溶液，則氧化I中反應的離子方程式為_________。
（3）本工藝中需要高濃度NaClO溶液，可用Cl₂與NaOH溶液反應制備
①Cl₂與NaOH溶液反應的離子方程式為_________________。
②在不同溫度下進行該反應，反應相同一段時間后，測得生成NaClO濃度如下：

溫度/℃	15	20	25	30	35	40	45
NaClO濃度/mol·L-1	4.6	5.2	5.4	5.5	4.5	3.5	2

請描述隨溫度變化規律________________________________________________________。
其原因為____________________________________________________________________。
（4）工業也常用電解法制備Na₂FeO₄，其原理為Fe+2OH^-+2H₂O電解FeO₄^2-+3H₂↑。請用下列材料設計電解池并在答題卡的方框內畫出該裝置。

可選材料：鐵片、銅片、碳棒、濃NaOH溶液、濃HCl等
其陽極反應式為：________________________________。

Answer 1

（1）升高溫度加快反應速率 或 增大接觸面積加快反應速率 或 提高酸溶效率（2分）
（2）2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺＝2Fe³⁺+2H₂O（3分）  （3）①Cl₂+2OH^－＝Cl^－+ClO^－+H₂O（2分）
②溫度小于30℃時，NaClO濃度隨溫度升高而增大；溫度高于30℃時，NaClO濃度隨溫度升高而降低。（2分）溫度小于30℃時，升高溫度，反應速率增大；溫度高于30℃時，NaClO不穩定而分解。（2分）
（4）如右圖：（陰極材料可為Cu或Fe）（3分）
Fe - 6e^－+ 8OH^－ ＝FeO₄^2－+ 4H₂O（2分）

解析試題分析：（1）高溫水蒸氣可以作答固體與酸反應的接觸面積，同時升高溫度反應速率也加快，因此粗FeO酸溶過程中通入水蒸氣（高溫），其目的是升高溫度加快反應速率或增大接觸面積加快反應速率或提高酸溶效率。
（2）操作I目的是得到高純度FeSO₄溶液，由于雙氧水具有氧化性，能把亞鐵離子氧化生成鐵離子，則氧化I中反應的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺＝2Fe³⁺+2H₂O。
（3）①Cl₂與NaOH溶液反應制備次氯酸鈉的離子方程式為Cl₂+2OH^－＝Cl^－+ClO^－+H₂O。
②根據表中數據可知溫度小于30℃時，NaClO濃度隨溫度升高而增大；溫度高于30℃時，NaClO濃度隨溫度升高而降低。這是由于溫度小于30℃時，升高溫度，反應速率增大；而溫度高于30℃時，NaClO不穩定而分解導致濃度降低。
（4）根據Fe+2OH^-+2H₂O電解FeO₄^2-+3H₂↑可知，鐵失去電子被氧化，因此鐵是陽極與電源的正極相連，而電解質溶液是堿性溶液，所以裝置圖可以是，其中陽極反應式為Fe - 6e^－+ 8OH^－ ＝FeO₄^2－+ 4H₂O。
考點：考查外界條件對反應速率的影響、離子方程式書寫以及電化學原理的應用