Question

12．FeCl₃具有凈水作用，但腐蝕設備，而聚合氯化鐵是一種新型的絮凝劑，處理污水比FeCl₃高效，且腐蝕性小，請回答下列問題：
（1）FeCl₃凈水的原理是Fe³⁺水解生成的Fe（OH）₃膠體粒子能吸附水中的懸浮雜質，F(xiàn)eCl₃溶液腐蝕鋼鐵設備，除H⁺作用外，另一主要原因是（用離子方程式表示）2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
（2）為節(jié)約成本，工業(yè)上用NaClO₃氧化酸性FeCl₂廢液得到FeCl₃．
①若酸性FeCl₂廢液中c（Fe²⁺）=2.0×10^-2mol•L^-1，c（Fe³⁺）=1.0×10^-3mol•L^-1，c（Cl^-）=5.3×10^-2mol•L^-1，則該溶液的pH約為2；
②完成NaClO₃氧化FeCl₂的離子方程式：
1ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=1Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O
（3）FeCl₃在溶液中分三步水解：
     Fe³⁺+H₂O?Fe（OH）²⁺+H⁺           K₁
     Fe（OH）²⁺+H₂O?Fe（OH）₂⁺+H⁺       K₂
     Fe（OH）₂⁺+H₂O?Fe（OH）₃+H⁺        K₃
以上水解反應的平衡常數(shù)K₁、K₂、K₃由大到小的順序是K₁＞K₂＞K₃．
通過控制條件，以上水解產(chǎn)物聚合，生成聚合氯化鐵，離子方程式為：
xFe³⁺+yH₂O?Fe_x（OH）_y^（3x-y）++yH⁺
欲使平衡正向移動可采用的方法是（填序號）bd．
a．降溫      b．加水稀釋      c．加入NH₄Cl    d．加入NaHCO₃
室溫下，使氯化鐵溶液轉化為高濃度聚合氯化鐵的關鍵條件是調(diào)節(jié)溶液的pH；
（4）天津某污水處理廠用聚合氯化鐵凈化污水的結果如圖所示，由圖中數(shù)據(jù)得出每升污水中投放聚合氯化鐵[以Fe（mg•L^-1）表示]的最佳范圍約為18～20mg•L^-1．

Answer 1

分析 （1）Fe³⁺水解生成的Fe（OH）₃膠體粒子能吸附水中的懸浮雜質，可起到凈水的作用；鋼鐵設備中的Fe會與鐵離子反應生成亞鐵離子；
（2）①根據(jù)電荷守恒：c（Cl^-）=2c（Fe²⁺）+3c（Fe³⁺）+c（H⁺）（酸性溶液中OH^-濃度很小，在這里可以忽略不計），據(jù)此溶液中氫離子的濃度，再根據(jù)pH=-lgc（H⁺）計算；
②氯酸鈉氧化酸性的氯化亞鐵，則反應物中有氫離子參加，則生成物中有水生成，Cl元素的化合價從+5價降低到-1價，得到6個電子，而Fe元素的化合價從+2價升高到+3價，失去1個電子，根據(jù)得失電子守恒，則氯酸根離子的系數(shù)為1，F(xiàn)e²⁺的系數(shù)為6，則鐵離子的系數(shù)也是6，氯離子的系數(shù)是1，根據(jù)電荷守恒，則氫離子的系數(shù)是6，水的系數(shù)是3；
（3）鐵離子的水解分為三步，且水解程度逐漸減弱，所以水解平衡常數(shù)逐漸減小；
控制條件使平衡正向移動，水解為吸熱反應，所以降溫平衡逆向移動；加水稀釋，則水解平衡也正向移動；加入氯化銨，氯化銨溶液為酸性，氫離子濃度增大，平衡逆向移動；加入碳酸氫鈉，則消耗氫離子，平衡正向移動；
從反應的離子方程式中可知，氫離子的濃度影響高濃度聚合氯化鐵的生成，所以關鍵步驟是調(diào)節(jié)溶液的pH；
（4）由圖象可知，聚合氯化鐵的濃度在18～20 mg•L^-1時，去除率達到最大值，污水的渾濁度減小．

解答 解：（1）Fe³⁺水解生成的Fe（OH）₃膠體粒子能吸附水中的懸浮雜質，可起到凈水的作用；鋼鐵設備中的Fe會與鐵離子反應生成亞鐵離子，離子方程式是：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，
故答案為：Fe³⁺水解生成的Fe（OH）₃膠體粒子能吸附水中的懸浮雜質；2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
（2）①根據(jù)電荷守恒：c（Cl^-）=2c（Fe²⁺）+3c（Fe³⁺）+c（H⁺）（酸性溶液中OH^-濃度很小，在這里可以忽略不計），則c（H⁺）=c（Cl^-）-2c（Fe²⁺）-3c（Fe³⁺）=1.0×10^-2mol•L^-1，則溶液pH=-lg1.0×10^-2=2，
故答案為：2；
②氯酸鈉氧化酸性的氯化亞鐵，則反應物中有氫離子參加，則生成物中有水生成，Cl元素的化合價從+5價降低到-1價，得到6個電子，而Fe元素的化合價從+2價升高到+3價，失去1個電子，根據(jù)得失電子守恒，則氯酸根離子的系數(shù)為1，F(xiàn)e²⁺的系數(shù)為6，則鐵離子的系數(shù)也是6，氯離子的系數(shù)是1，根據(jù)電荷守恒，則氫離子的系數(shù)是6，水的系數(shù)是3，配平后離子方程式為：ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O，
故答案為：1；6；6H⁺；1；6；3H₂O；
（3）鐵離子的水解分為三步，且水解程度逐漸減弱，所以水解平衡常數(shù)逐漸減小，則K₁＞K₂＞K₃；
控制條件使平衡正向移動，使平衡正向移動，因為水解為吸熱反應，所以降溫，平衡逆向移動；加水稀釋，則水解平衡也正向移動；加入氯化銨，氯化銨溶液為酸性，氫離子濃度增大，平衡逆向移動；加入碳酸氫鈉，則消耗氫離子，所以氫離子濃度降低，平衡正向移動，故選bd；
從反應的離子方程式中可知，氫離子的濃度影響高濃度聚合氯化鐵的生成，所以關鍵步驟是調(diào)節(jié)溶液的pH，
故答案為：K₁＞K₂＞K₃；bd；調(diào)節(jié)溶液的pH；
（4）由圖象可知，聚合氯化鐵的濃度在18～20 mg•L^-1時，去除率達到最大值，污水的渾濁度減小，
故答案為：18～20．

點評 本題考查鐵的化合物性質的應用、氧化還原反應方程式的配平、對圖象的分析能力、平衡移動影響因素等，需要學生具備扎實的基礎與靈活運用難度，難度中等．