Question

3．水資源與我們的生產、生活息息相關．
（1）硬水軟化常用離子交換法，NaR型離子交換樹脂使用一段時間后，逐漸失去交換能力，將樹脂置于5%～8%的食鹽水中浸泡一段時間都可再生，當洗滌用水硬度較大時，洗衣粉與肥皂相比洗滌效果更好，其原因是肥皂的主要成分是硬脂酸鈉，電離出的硬脂酸根離子易與Ca2+、Mg2+
離子結合成沉淀，而主要成分為表面活性劑的洗衣粉可以避免這種情況．
（2）Na₂FeO₄是一種既能殺菌、消毒，又能凈水的水處理劑，其原理是Na₂FeO₄具有強氧化性，能起到殺菌、消毒作用；高價的鐵被還原成的Fe³⁺水解生成Fe（OH）₃膠體，能吸附水中雜質，Na₂FeO₄的電解制法如圖所示，請寫出陽極的電極反應式Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O．

（3）生活污水常含有大量的含氯化合物，可用生物膜脫氯工藝進行處理，首先在硝化細菌的作用下，將NH₄⁺氧化成NO₃^-，其原理為aNH₄⁺+bO₂=cH⁺+dNO₃^-+eH₂O，反應化學方程式b=2，該過程需要控制水溫為20℃～36℃，其原因是溫度過高或過低對硝化菌均有抑制作用．硝化后加入甲醇與NO₃^-生成N₃，該過程中甲醇的作用是做還原劑．
（4）鋰銅廢水中含有Cr₂O₇^2-，常加入Na₂S₂O₃溶液進行處理后排放，加入Na₂S₂O₃溶液之前將廢水調整至較強的酸性環境，原因是酸性條件下Cr₂O₇^2-氧化性更強，有利于反應的進行．取少量處理后的水樣于試管中，加入NaOH溶液產生藍色沉淀，要使該藍色沉淀溶解，除了加入酸之外，還可以加入氨水生成[Cu（NH₃）₄]²⁺，該反應的離子方程式為Cu（OH）₂+4NH₃•H₂O=[Cu（NH₃）₄]²⁺+4H₂O+2OH^-．

Answer 1

分析 （1）硬水軟化的方法通常有①熱煮沸法②藥劑軟化法③蒸餾法④離子交換法⑤電滲析法⑥離子膜電解法；用磺化煤（NaR）作離子交換劑：2NaR+Ca²⁺=CaR₂+2Na⁺，2NaR+Mg²⁺=MgR₂+2Na⁺，用5%-8%的食鹽水浸泡可使失去軟化能力的磺化煤再生：CaR₂+2Na⁺=2NaR+Ca²⁺，MgR₂+2Na⁺=2NaR+Mg²⁺；肥皂易與Ca²⁺，Mg²⁺生成沉淀，洗滌效果不好；
（2）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；Na₂FeO₄能消毒、凈水的原因高價鐵具有氧化性，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；
（3）根據元素化合價的升降一級電子守恒來配平化學方程式；根據溫度過高或過低對硝化菌均有抑制作用的知識來回答；
（4）Cr₂O₇^2-、S₂O₃^2-之間可以發生氧化還原反應，酸性環境下，氧化劑的氧化性更強，處理后的水樣于試管中，加入NaOH溶液產生藍色氫氧化銅沉淀，向該藍色沉淀加入氨水生成[Cu（NH₃）₄]²⁺，據此書寫離子方程式．

解答 解：（1）硬水軟化的方法離子交換法中用磺化煤（NaR）作離子交換劑：2NaR+Ca²⁺=CaR₂+2Na⁺，2NaR+Mg²⁺=MgR₂+2Na⁺，用5%-8%的食鹽水浸泡可使失去軟化能力的磺化煤再生：CaR₂+2Na⁺=2NaR+Ca²⁺，MgR₂+2Na⁺=2NaR+Mg²⁺；肥皂易與Ca²⁺，Mg²⁺生成硬脂酸鈣、硬脂酸鎂沉淀，洗滌效果不好，洗衣粉不與Ca²⁺，Mg²⁺生成沉淀，洗滌效果較好，
故答案為：5%-8%的食鹽水；肥皂的主要成分是硬脂酸鈉，電離出的硬脂酸根離子易與Ca²⁺，Mg²⁺結合成沉淀，而主要成分為表面活性劑的洗衣粉可以避免這種情況；
（2）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；Na₂FeO₄能消毒、凈水的原因高價鐵具有氧化性，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：Na₂FeO₄具有強氧化性，能起到殺菌、消毒作用；高價的鐵被還原成的Fe³⁺水解生成Fe（OH）₃膠體，能吸附水中雜質；Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O；
（3）反應中，N元素的化合價升高了8價，O的化合價降低了4價，所以氧氣的前邊時系數2，根據電子守恒和元素守恒，得到NH₄⁺+2O₂=NO₃^-+2H⁺+H₂O，該過程需要控制水溫為20℃～36℃，因為：溫度過高或過低對硝化菌均有抑制作用，甲醇與NO₃^-生成N₃，氮元素的化合價降低了，所以甲醇中元素的化合價會升高，即甲醇做還原劑，故答案為：2；溫度過高或過低對硝化菌均有抑制作用；做還原劑；
（5）Cr₂O₇^2-、S₂O₃^2-之間可以發生氧化還原反應，加入Na₂S₂O₃溶液之前將廢水調整至較強的酸性環境，是因為酸性環境下，氧化劑的氧化性更強，處理后的水樣于試管中，加入NaOH溶液產生藍色氫氧化銅沉淀，向該藍色沉淀加入氨水生成[Cu（NH₃）₄]²⁺，發生反應的離子方程式為：Cu（OH）₂+4NH₃•H₂O=[Cu（NH₃）₄]²⁺+4H₂O+2OH^-．故答案為：酸性條件下Cr₂O₇^2-氧化性更強，有利于反應的進行；Cu（OH）₂+4NH₃•H₂O=[Cu（NH₃）₄]²⁺+4H₂O+2OH^-．

點評 本題涉及電解池的工作原理以及氧化還原反應的概念的考查，注意知識的歸納和梳理是關鍵，難度中等．