Question

11．某污水處理廠欲對含有Fe²⁺的廢水進行處理（測定發現該廢水的pH接近6）．某科研小組現擬定下列方案對該污水進行處理：向廢水中加入一定量的過氧化氫溶液，同時用電動攪拌棒適當攪拌，使其產生難溶物沉降下來，已達到除去Fe²⁺的目的．
（1）科研小組為了研究影響上述方案的相關因素，在實驗室中做了如表三組實驗．請完成實驗設計表（表中不要留空格）：

編號	實驗目的	污水的體積（mL）	溫度（℃）	過氧化氫的質量分數
①	為以下實驗作參照	25	20	10%
②	過氧化氫濃度的影響	25	20	30%
③	溫度的影響	25	80	10%

（2）如表列出了Fe²⁺、Fe³⁺生成氫氧化物沉淀的pH值（開始沉淀的pH按照金屬離子的物質的量濃度為0.01mol•L^-1計算）：

	開始沉淀的pH	沉淀完全的pH
Fe2+	7.4	8.9
Fe3+	2.2	3.2

試寫出廢水中加入過氧化氫溶液攪拌時發生反應的離子方程式：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．Fe（OH）₃的K_sp=1×10^-37.4．該小組人員在實驗中發現：若過氧化氫溶液加入過多，難溶物的沉降效果會變差，請分析原因：Fe³⁺可引起雙氧水的分解產生氧氣，大量的氣泡影響了難溶物的沉降．
（3）小組人員發現：廢水存放一段時間后，顏色發生了一定的變化．現取一定量的廢水，對其中所含鐵元素的存在形式進行研究．
①提出假設
假設一：只有Fe²⁺；
假設二：只有Fe³⁺；
假設三：兩者都有．
②驗證假設
為驗證假設，請你設計一個實驗方案，寫出實驗步驟、預期現象和結論：（限選試劑：稀HNO₃溶液，稀NaOH溶液，KSCN溶液，KMnO₄酸性溶液，淀粉KI溶液）

實驗步驟	預期現象及結論
第一步，取少量廢水于試管中，滴加幾滴KSCN溶液，振蕩，觀察現象．	如果無現象，則假設一成立，如果溶液變紅，則進行下一步實驗
另取少量廢水于試管中，滴加少量的KMnO4酸性溶液，振蕩，觀察現象	如果紫色退去，則假設三成立；如果紫色未退去，則假設二成立

Answer 1

分析 （1）②由于探究的是過氧化氫濃度的對反應速率的影響，故應保持其他影響因素一致；
③根據③和①的溫度不同，其他影響因素一致來分析；
（2）加過氧化氫把亞鐵離子氧化為鐵離子；根據Fe（OH）₃的K_sp=C（Fe³⁺）•C（OH^-）³來計算；Fe³⁺可引起雙氧水的分解；
（3）①鐵元素在溶液中能以Fe²⁺或Fe³⁺的形式存在；
②根據Fe³⁺能遇KSCN溶液變紅，而Fe²⁺不能與KSCN溶液反應、能被KMnO₄酸性溶液氧化而使KMnO₄酸性溶液褪色來分析．

解答 解：（1）②由于探究的是過氧化氫濃度的對反應速率的影響，故應保持其他影響因素一致，故溫度應為20℃，故答案為：20；
③由于③和①的溫度不同，而其他影響因素一致，故③是為了探究溫度對反應速率的影響，故答案為：溫度的影響；
（2）加過氧化氫亞鐵離子氧化為鐵離子，反應的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；0.01mol/LFe³⁺開始沉淀時的pH為2.2，即此時C（OH^-）=10^-11.8mol/L，故Fe（OH）₃的K_sp=C（Fe³⁺）•C（OH^-）³=0.01mol/L×（10^-11.8mol/L）³=1×10^-37.4；Fe³⁺可引起雙氧水的分解產生氧氣，大量的氣泡影響了難溶物的沉降，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；1×10^-37.4；Fe³⁺可引起雙氧水的分解產生氧氣，大量的氣泡影響了難溶物的沉降；
（3）①鐵元素在溶液中能以Fe²⁺或Fe³⁺的形式存在，故假設二為：只有Fe³⁺，故答案為：只有Fe³⁺；
②根據Fe³⁺能遇KSCN溶液變紅，而Fe²⁺不能與KSCN溶液反應，故第一步，取少量廢水于試管中，滴加幾滴KSCN溶液，振蕩，觀察現象，如果無現象，則假設一成立，如果溶液變紅，則進行下一步實驗；
第二步，另取少量廢水于試管中，滴加少量的KMnO₄酸性溶液，振蕩，觀察現象；如果紫色退去，則假設三成立；如果紫色未退去，則假設二成立．
故答案為：

實驗步驟	預期現象及結論
第一步，取少量廢水于試管中，滴加幾滴KSCN溶液，振蕩，觀察現象．	如果無現象，則假設一成立，如果溶液變紅，則進行下一步實驗
另取少量廢水于試管中，滴加少量的KMnO4酸性溶液，振蕩，觀察現象	如果紫色退去，則假設三成立；如果紫色未退去，則假設二成立
．	．

點評 本題主要考查了實驗方案的設計，依據探究某種因素對反應速率的影響，故應保持其他影響因素一致來分析．題目較難．