Question

【題目】水是一種重要的自然資源，水質優劣直接影響人體健康，水處理技術在生產、生活中應用廣泛。聚合硫酸鐵(PFS)是水處理中重要的絮凝劑。以黃鐵礦的燒渣(主要成分為Fe2O3、FeO、SiO2等)和廢鐵屑為原料制取聚合硫酸鐵([Fe2(OH)x(SO4)3-]m)的工藝流程如圖：

(1)用98%的硫酸配制28%的硫酸，所需的玻璃儀器除量筒外，還有______(填標號）。

a.容量瓶 b.燒杯 c.玻璃棒 d.分液漏斗

(2)廢鐵屑表面附有鐵銹，鐵銹的主要成分為______，步驟③的具體實驗操作有____。

(3)水解、聚合要嚴控pH和溫度。pH偏小時Fe3+水解程度弱，pH偏大時則______。寫出水解、聚合反應生成PFS的化學方程式：_________。

(4)步驟⑥相對于常壓蒸發，減壓蒸發的優點是_________。

(5)污水經過一級、二級處理后，還含有少量Cu2+、Hg2+、Pb2+等重金屬離子，可加入沉淀劑使其沉淀。下列物質能作為沉淀劑的是_______（填標號）。

a.氨水 b.硫化氫氣體 c.硫酸鈉溶液 d.純堿溶液

(6)硬度為1°的水是指每升水含10mgCaO或與之相當的物質(如7.1mgMgO)。若某天然水中c(Ca2+)=1.5×10-3mol/L，c(Mg2+)=6.4×10-4mol/L，則此水的硬度為______。

Answer 1

【答案】bc Fe2O3·nH2O或Fe2O3 蒸發濃縮，冷卻結晶、過濾(洗滌) 形成氫氧化鐵沉淀 mFe2(SO4)3+xmH2O[Fe2(OH)x(SO4)3-]m+H2SO4 降低蒸發溫度防止產物分解 bd 12°

【解析】

黃鐵礦的燒渣中主要成分為Fe2O3、FeO、SiO2，向其中加入稀硫酸，發生反應產生FeSO4、Fe2(SO4)3，SiO2不溶于水，將其過濾除去，向濾液I中加入廢Fe屑，Fe2(SO4)3會發生反應產生FeSO4，過濾除去過量的鐵屑，將濾液II蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌得到FeSO4·7H2O，向其中加入H2SO4、H2O2，發生氧化還原反應產生Fe2(SO4)3，然后經水解、聚合得到PFS。

(1)根據配制一定質量分數溶液的步驟確定使用的儀器；

(2)鐵銹主要成分是氧化鐵或氧化鐵的結晶水合物；

(3)結合鹽的水解規律及鹽水解的酸堿性分析；

(4)根據溫度與鹽的穩定性及物質的沸點關系分析；

(5)除去雜質不能引入新的雜質，據此分析；

(6)根據硬度含義，把Ca2+、Mg2+的濃度轉化為用物質質量表示的硬度。

(1)配制一定質量分數稀硫酸要在燒杯中進行，首先根據計算用量筒量取一定體積的濃硫酸，將其沿燒杯內部緩緩倒入盛有一定質量水的燒杯中，并用玻璃棒不斷攪拌，再加入水直至前后使用的水量與計算一致時，停止加入，攪拌均勻，就得到待求質量分數的溶液。故使用的儀器，除量筒外，還需要燒杯和玻璃棒，故合理選項是bc；

(2)鐵銹主要成分是氧化鐵的結晶水合物或氧化鐵，化學式寫為Fe2O3·nH2O或Fe2O3；步驟③是從FeSO4溶液中獲得的FeSO4·7H2O，具體實驗操作有蒸發濃縮，冷卻結晶、過濾(洗滌)；

(3)鐵鹽是強酸弱堿鹽，在溶液中Fe3+水解使溶液顯酸性，增大溶液中c(H+)，鹽水解程度減小，即pH偏小時Fe3+水解程度弱，pH偏大時則水解程度增大，會形成氫氧化鐵沉淀。根據題意可知Fe2(SO4)3水解、聚合反應生成PFS的化學方程式為：mFe2(SO4)3+xmH2O[Fe2(OH)x(SO4)3-]m+H2SO4。

的水解規律及鹽水解的酸堿性分析；

(4)降低壓強，物質的沸點降低，降低蒸發溫度能夠防止產物分解，所以減壓蒸發比常壓蒸發好；

(5)a.氨水會使金屬陽離子形成沉淀，但會引入新的雜質離子NH4+，不符合題意；

b.硫化氫氣體會使雜質離子形成溶解度小的CuS、HgS、PbS沉淀，然后經過濾除去，b符合題意；

c.硫酸鈉溶液不能除去Cu2+，去除效果不理想，c不符合題意；

d.純堿溶液與雜質離子反應會形成金屬氫氧化物沉淀除去，d符合題意；

故合理選項是bd；

(6)c(Ca2+)=1.5×10-3mol/L，則c(Mg2+)=6.4×10-4mol/L，1L水中含有n(Ca2+)=1.5×10-3mol，n(Mg2+)=6.4×10-4mol，根據元素守恒可得m(CaO)= 1.5×10-3mol×56g/mol×1000mg/g=84mg，m(MgO)=6.4×10-4mol×40g/mol×1000mg/g=25.6mg，所以該水的硬度為=12°。