Question

【題目】有效去除廢水中的H2SiF6、F-，改善水質是環境部門的重要研究課題。

（1）AlF3是有機合成中常用催化劑，利用廢水中的H2SiF6可轉變制得，相關熱化學方程式如下：

3H2SiF6(aq)＋2Al(OH)3(s)=Al2(SiF6)3(aq)＋6H2O(l)；ΔH=akJ·mol－1

Al2(SiF6)3(aq)＋6H2O(l)=2AlF3(aq)＋3SiO2(s)＋12HF(aq)；ΔH=bkJ·mol－1

3HF(aq)＋Al(OH)3(s)=AlF3(aq)＋3H2O(l)；ΔH=ckJ·mol－1

則反應H2SiF6(aq)＋2Al(OH)3(s)=2AlF3(aq)＋SiO2(s)＋4H2O(l)的ΔH＝___kJ·mol－1。

（2）廢水的酸堿度及廢水中的Fe3＋對F－濃度的測定都會產生一定的影響。

①測定時，通常控制廢水的pH在5～6之間。pH過小所測F－濃度偏低，其原因是___。

②Fe3＋與檸檬酸根(C6F5O73－)、F－反應可表示為Fe3＋＋nC6H5O73－Fe(C6H5O7)n(3n-3)－、Fe3＋＋nF－FeFn(3-n)。向含有Fe3＋的含氟廢水中加入檸檬酸鈉（C6H5O7Na3）可消除Fe3＋對F－測定的干擾，其原因是___。

（3）利用聚苯胺可吸附去除水中F－。用惰性電極電解苯胺（）和鹽酸的混合液可在陽極獲得聚苯胺薄膜，變化過程為：

寫出陽極生成二聚體的電極反應式：___。

（4）利用MgCO3、Ca(OH)2和CaCO3等可沉淀去除廢水中F－。

①以MgCl2溶液、尿素[CO(NH2)2]為原料可制得MgCO3，寫出該反應的化學方程式：___。

②取三份相同的含F－的酸性廢水，分別加入足量的MgCO3、Ca(OH)2和CaCO3。相同時間后溶液的pH及F－殘留量如圖1所示。實際廢水處理過程中常選用MgCO3的優點除了F-殘留率比較低之外，還有___。

③改變碳酸鎂添加量，處理后廢水中F－含量及溶液pH的變化如圖2所示。添加量超過2.4g·L－1后，溶液pH增大，使少量MgF2轉化為Mg(OH)2，F－含量略有升高，此時溶液中的=___。（已知：Ksp(MgF2)＝8.0×10－11，Ksp[Mg(OH)2]＝5.0×10－12）

Answer 1

【答案】 pH過小，H＋與F－轉化為弱酸HF Fe3＋與檸檬酸根（C6H5O73-）的結合能力強于其與F－的結合能力 2-2e-=+2H+ MgCl2＋CO(NH2)2＋2H2O=MgCO3↓＋2NH4Cl 所得溶液接近中性 4

【解析】

(1)根據蓋斯定律進行計算；

(2)①pH過小氫離子濃度大，結合氟離子，所測F-濃度偏低；
②Fe3+與檸檬酸根(C6H5O73-)的結合減少了與氟離子的結合；
(3)用惰性電極電解苯胺()和鹽酸的混合液可在陽極獲得聚苯胺薄膜，苯胺失電子生成二聚體，結合電子守恒、電荷守恒、原子守恒寫出電極反應；
(4)①以MgCl2溶液、尿素[CO(NH2)2]為原料可制得MgCO3和氯化銨，原子守恒配平書寫化學方程式；
②分析柱狀圖可知取三份相同的含F-的酸性廢水，分別加入足量的MgCO3、Ca(OH)2和CaCO3，相同時間內，碳酸鎂處理后氟離子含量最少，溶液pH接近7；
③Ksp(MgF2)=c(Mg2+)·c2(F-)=8.0×10-11，Ksp[Mg(OH)2]= c(Mg2+)·c2(OH -)，據此進行計算。

(1)①3H2SiF6(aq)+2Al(OH)3(s)═Al2(SiF6)3(aq)+6H2O(l)△H=a kJmol-1
②Al2(SiF6)3(aq)+6H2O(l)═2AlF3(aq)+3SiO2(s)+12HF(aq)△H=b kJmol-1
③3HF(aq)+Al(OH)3(s)═AlF3(aq)+3H2O(l)△H=c kJmol-1
蓋斯定律計算(①+②+③×4)×得到反應H2SiF6(aq)+2Al(OH)3(s)═2AlF3(aq)+SiO2(s)+4H2O(l)的△H=kJ/mol。

(2)①測定時，通常控制廢水的pH在5～6之間。pH過小所測F-濃度偏低，其原因是：pH過小，H+與F-轉化為弱酸HF；
②Fe3+與檸檬酸根(C6H5O73-)的結合能力強于其與F-的結合能力。
(3)用惰性電極電解苯胺()和鹽酸的混合液可在陽極獲得聚苯胺薄膜，苯胺失電子生成二聚體，結合電子守恒、電荷守恒、原子守恒寫出電極反應：；
(4)①以MgCl2溶液、尿素[CO(NH2)2]為原料可制得MgCO3和氯化銨，原子守恒配平書寫化學方程式：MgCl2+CO(NH2)2+2H2O═MgCO3↓+2NH4Cl；
②根據圖示分析可知相同條件下，使用MgCO3處理后的廢水中F-殘留量最低，溶液接近中性，故答案為：所得溶液接近中性；
③Ksp(MgF2)=c(Mg2+)·c2(F-)=8.0×10-11，Ksp[Mg(OH)2]= c(Mg2+)·c2(OH -)=5×10-12，溶液中存在，MgF2(s)+2OH-(aq)=Mg(OH)2(s)+2F-(aq)，則，所以=4。