Question

11．水處理技術在生產、生活中應用廣泛，對工業廢水和生活污水進行處理是防止水體污染、改善水質的主要措施．
（1）水的凈化和軟化的區別是水的凈化是用混凝劑將水中的膠體及懸浮物沉淀下來，而水的軟化是除去水中較多的鈣離子和鎂離子．
（2）生活用水必須保證安全，自來水廠需要對取自江河湖泊中的淡水進行殺菌消毒、混凝沉淀、過濾等工藝處理，這三項處理的正確順序是混凝沉淀→過濾→殺菌消毒．
（3）高鐵酸鈉（Na₂FeO₄）是一種新型飲用水消毒劑，某研究小組的同學設計了用工業廢鐵銷（含鋼、碳、硅等）制取高鐵酸鈉的工藝流程，其中使用到X、Y、Z等含鐵化合物．
①廢鐵屑中加入碳酸鈉熱溶液的目的是清洗廢鐵屑表面的油污；
②寫出上述過程中X轉化為Y的離子方程式2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
③寫出Cl₂將Z氧化為Na₂FeO₄的化學方程式10NaOH+3Cl₂+2Fe（OH）₃═2Na₂FeO₄+6NaCl+8H₂O；
④高鐵酸鈉消毒后的還原產物具有凈水作用，解釋凈水原理高鐵酸鹽在殺菌消毒時，本身被還原成Fe³⁺，Fe³⁺易水解生成Fe（OH）₃，具有膠體的性質，可吸附水中的懸浮雜質，而起到凈化水的作用；
⑤工業上還可用電化學法制備高鐵酸鈉：采用鐵片作陽極，濃NaOH溶液作為電解質溶液．試寫出陽極的電極反應式Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O．
（4）石灰軟化法是常用的硬水軟化方法，已知25℃時K_sp（CaCO₃）=2.8×10^-9，某硬水中c（CO₃^2-）為5.6×10^-5mol/L，若加入石灰使其中的CO₃^2-生成CaCO₃除去，則所需的c（OH^-）最小值為4×10^-4mol/L．

Answer 1

分析 （1）凈化除去懸浮雜質，軟化除去水中鈣、鎂離子；
（2）取自江河湖泊中的淡水的處理順序是：先沉淀、再過濾，最后消毒處理；
（3）依據流程圖和實驗目的分析判斷，用工業廢鐵屑（含銅、碳、硅等）制取高鐵酸鈉，其中X、Y、Z是含鐵化合物，碳酸鈉溶液水解顯堿性，洗滌廢鐵屑表面油污，油脂在堿性溶液中水解生成溶于水的物質得到粗鐵，加入硫酸，鐵和硫酸反應生成硫酸亞鐵，過濾得到濾渣為銅和硅，濾液為硫酸亞鐵，加入硫酸和過氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子，加入氫氧化鈉用生成氫氧化鐵沉淀，在氫氧化鈉溶液中通入氯氣生成高鐵酸鈉；
①碳酸鈉溶液水解顯堿性清除廢鐵屑表面的油污；
②X為硫酸亞鐵，Y為硫酸鐵，硫酸亞鐵加入過氧化氫和硫酸發生氧化還原反應；
③Z為氫氧化鐵，在氫氧化鈉溶液中氯氣氧化氫氧化鐵為高鐵酸鈉，依據原子守恒和氧化還原反應電子守恒配平書寫化學方程式；
④高鐵酸鈉具有強氧化性能殺菌消毒，在反應過程中被還原為鐵離子在水溶液中水解生成氫氧化鐵膠體，膠體具有吸附懸浮雜質的作用起到凈水作用；
⑤電解時陽極發生氧化反應，鐵失電子生成高鐵酸根離子，依據電解質溶液配平電荷守恒寫出電極反應方程式為Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O；
（4）c（CO₃^2-）為5.6×10^-5mol/L，等體積混合后溶液中c（CO₃^2-）=2.8×10^-5mol/L，根據Ksp=c（CO₃^2-）•c（Ca²⁺）計算沉淀時混合溶液中c（Ca²⁺），進而計算氫氧根濃度，以此來解答．

解答 解：（1）水的凈化和軟化的區別是水的凈化是用混凝劑將水中的膠體及懸浮物沉淀下來，而水的軟化是除去水中較多的鈣離子和鎂離子，
故答案為：水的凈化是用混凝劑將水中的膠體及懸浮物沉淀下來，而水的軟化是除去水中較多的鈣離子和鎂離子；
（2）生活用水必須保證安全，自來水廠需要對取自江河湖泊中的淡水進行殺菌消毒、混凝沉淀、過濾等工藝處理，這三項處理的正確順序是混凝沉淀→過濾→殺菌消毒，故答案為：混凝沉淀→過濾→殺菌消毒；
（3）依據流程圖和實驗目的分析判斷，用工業廢鐵屑（含銅、碳、硅等）制取高鐵酸鈉，其中X、Y、Z是含鐵化合物，碳酸鈉溶液水解顯堿性，洗滌廢鐵屑表面油污，油脂在堿性溶液中水解生成溶于水的物質得到粗鐵，加入硫酸，鐵和硫酸反應生成硫酸亞鐵，過濾得到濾渣為銅和硅，濾液為硫酸亞鐵，加入硫酸和過氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子，加入氫氧化鈉用生成氫氧化鐵沉淀，在氫氧化鈉溶液中通入氯氣生成高鐵酸鈉；
①碳酸鈉溶液水解顯堿性，洗滌廢鐵屑表面油污，油脂在堿性溶液中水解生成溶于水的物質被洗去；
故答案為：清洗廢鐵屑表面的油污；
②X為硫酸亞鐵，Y為硫酸鐵，硫酸亞鐵中加入過氧化氫在硫酸酸性溶液中發生氧化還原反應，反應生成鐵離子和水，反應的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
③Z為氫氧化鐵，在氫氧化鈉溶液中氯氣氧化氫氧化鐵為高鐵酸鈉，Cl₂將Z為氫氧化鐵氧化為Na₂FeO₄的化學方程式為：10NaOH+3Cl₂+2Fe（OH）₃═2Na₂FeO₄+6NaCl+8H₂O；
故答案為：10NaOH+3Cl₂+2Fe（OH）₃═2Na₂FeO₄+6NaCl+8H₂O；
④Na₂FeO₄能消毒、凈水的原因是高價鐵具有氧化性，能消毒殺菌，生成Fe³⁺形成膠體，具有吸附懸浮物的凈水的作用；
故答案為：高鐵酸鹽在殺菌消毒時，本身被還原成Fe³⁺，Fe³⁺易水解生成Fe（OH）₃，具有膠體的性質，可吸附水中的懸浮雜質，而起到凈化水的作用；
⑤電解時陽極發生氧化反應，電極反應方程式為Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O；
故答案為：Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O；
（4）Na₂CO₃溶液的濃度為5.6×10^-5mol/L，等體積混合后溶液中c（CO₃^2-）=$\frac{1}{2}$×5.6×10^-5mol/L=2.8×10^-5mol/L，根據Ksp=c（CO₃^2-）•c（Ca²⁺）=2.8×10^-9可知，c（Ca²⁺）=1×10^-4mol/L，原溶液Ca（OH）₂溶液的最小濃度為混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍，故原溶液Ca（OH）₂溶液的最小濃度為2×1×10^-4mol/L=2×10^-4mol/L，氫氧根的最小濃度是4×10^-4mol/L，故答案為：4×10^-4mol/L．

點評 本題考查了物質制備的實驗過程分析和鐵及其化合物性質的分析應用，電解池原理的分析判斷，綜合性強，難度中等，主要考查學生分析問題的能力，是高考的熱點習題．