Question

【題目】金屬蝕刻加工過程中，常用鹽酸對其表面氧化物進行清洗，會產生酸洗廢水。 pH在1.5左右的某酸洗廢水中含鐵元素質量分數約3%，其他金屬元素如銅、鎳、鋅、 鉻濃度較低，工業上綜合利用酸洗廢水可制備三氯化鐵。制備過程如下：

相關金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH如下表所示：

氫氧化物	Fe(OH)3	Cu(OH)2	Ni(OH)2	Zn(OH)2	Cr(OH)3	Fe(OH)2
開始沉淀的pH	1.5	4.2	7.1	5.4	4.3	7.6
沉淀完全的pH	3.7	6.7	9.2	8.0	5.6	9.6

回答下列問題：

(1)“中和”時發生反應的化學方程式為__________________，調節pH至________范圍，有利于后續制備得純度較高的產品。

(2)酸溶處理中和后的濾渣，使鐵元素浸出。濾渣和工業鹽酸反應時，不同反應溫度下 鐵浸出率隨時間變化如圖(a)所示，可知酸溶的最佳溫度為_______________。按照不同的固液比(濾渣和工業鹽酸的投入體積比)進行反應時，鐵浸出率隨時間變化如圖(b)所示，實際生產中固液比選擇1.5:1的原因是___________。

(3)氧化時，可選氯酸鈉或過氧化氫為氧化劑，若100L“酸溶”所得溶液中Fe 2＋含量為1.2molL1，則需投入的氧化劑過氧化氫的質量為__________。

(4)氧化時，除可外加氧化劑外，也可采用惰性電極電解的方法，此時陰極的電極反應式為__________，電解總反應的離子方程式是 __________。

(5)將得到的FeCl3溶液在HCl氣氛中______、______、過濾、洗滌、干燥得FeCl36H2O晶體。

Answer 1

【答案】Ca(OH)2+2HCl = CaCl2 + 2H2O、3Ca(OH) 2+2FeCl3 = 2Fe(OH)3↓+3CaCl2 3.74.2 65℃ 固液比大則鐵浸出率低，固液比小則過稀的FeCl3溶液蒸發濃縮需消耗過多的能量，提高了成本 2040g 2H++2e－ = H2↑； 2Fe2++2H+ 2Fe3++H2↑ 蒸發濃縮 冷卻結晶

【解析】

酸洗廢水中含有氯化鐵、氯化銅、氯化鎳、氯化鉻等，根據圖示流程可知，利用酸洗廢水可制備三氯化鐵的方法為：先向酸洗廢水中加入熟石灰后發生反應：Ca(OH)2+2HCl=CaCl2+2H2O、3Ca(OH)2+2FeCl3=2Fe(OH)3+3CaCl2，調節溶液pH使鐵離子轉化成氫氧化鐵沉淀，過濾后得到含有氫氧化鐵的濾渣；再經過酸溶處理中和后的濾渣，使鐵元素浸出，然后加入已經氧化得到氯化鐵溶液，最后在HCl氣流中采用蒸發濃縮、冷卻結晶的方法，然后通過過濾、洗滌、干燥得到FeCl36H2O晶體。

(1)酸洗廢水中含有氯化鐵、氯化銅、氯化鎳、氯化鉻，加入熟石灰后發生反應：Ca(OH)2 + 2HCl=CaCl2+2H2O、3Ca(OH) 2+2FeCl3=2Fe(OH)3↓+3CaCl2；根據表中數據可知，pH≥3.7時鐵離子完全轉化成氫氧化鐵沉淀，pH＜4.2時銅離子等其它離子沒有形成沉淀，為了減少濾渣中雜質，需要調節溶液pH范圍為3.74.2；故答案為：Ca(OH)2+2HCl = CaCl2 + 2H2O、3Ca(OH) 2+2FeCl3 = 2Fe(OH)3↓+3CaCl2；3.74.2。

(2)根據圖(a)可知，溫度為65℃時鐵浸出率最高，所以酸溶的最佳溫度為65℃；根據圖(b)可知，固液比越大鐵浸出率越低，但固液比過低時，蒸發濃縮FeCl3溶液需消耗過多的能量，提高了生生產成本，所以實際生產中固液比選擇1.5:1；故答案為：65℃；固液比大則鐵浸出率低，固液比小則過稀的FeCl3溶液蒸發濃縮需消耗過多的能量，提高了成本。

(3)若100L“酸溶”所得溶液中Fe2+含量為1.2 molL1，則n(Fe2+)=1.2molL1×100L=120mol，根據電子守恒，需投入的氧化劑過氧化氫的物質的量為：，質量為：34gmol1×60mol=2040g；故答案為：2040g。

(4)氧化時，除可外加氧化劑外，也可采用惰性電極電解的方法，此時陰極氫離子得到電子生成氫氣，陰極電極反應式為：2H++2e－ = H2↑，陽極亞鐵離子失去電子生成鐵離子，電解總反應為亞鐵離子與氫離子反應生成鐵離子和氫氣，該離子方程式是：2Fe2++2H+ 2Fe3++H2↑；故答案為：2H++2e－ = H2↑；2Fe2++2H+ 2Fe3++H2↑。

(5)氯化鐵加熱易水解生成氫氧化鐵和氯化氫，HCl易揮發，要從FeCl3溶液中得到FeCl36H2O晶體，需要在HCl氣流中采用蒸發濃縮、冷卻結晶的方法，然后通過過濾、洗滌、干燥得到FeCl36H2O晶體；故答案為：蒸發濃縮、冷卻結晶。