Question

【題目】研究含硒工業(yè)廢水的處理工藝，對(duì)控制水體中硒超標(biāo)具有重要意義。

(1)已知：H2SeO3為二元弱酸，Ka1(H2SeO3)＝3.5×10-3，Ka2(H2SeO3)＝5.0×10-8。用離子交換樹脂處理含Na2SeO3濃度較高的廢水時(shí)，發(fā)生的交換反應(yīng)為SeO32-＋2RCl=R2SeO3＋2Cl- (R為離子交換樹脂的樹脂骨架)。經(jīng)離子交換法處理后，廢水的pH將________(填“增大”“減小”或“不變”)。

(2)木炭包覆納米零價(jià)鐵除硒法是一種改良的含硒廢水處理方法。

①以木屑和FeCl3·6H2O為原料，在N2氛圍中迅速升溫至600 ℃，保持2 h，過程中木屑先轉(zhuǎn)化為木炭，最終制得木炭包覆納米零價(jià)鐵。制備木炭包覆納米零價(jià)鐵過程中，木炭的作用有吸附和________________________________________。

②木炭包覆納米零價(jià)鐵在堿性廢水中形成許多微電池，加速SeO32-的還原過程。SeO32-在微電池正極上轉(zhuǎn)化為單質(zhì)Se，其電極反應(yīng)式為________。

(3) 綠銹[FeaⅡFebⅡ(OH)cXd](X代表陰離子，Ⅱ、Ⅲ表示鐵元素的價(jià)態(tài))中鐵元素以結(jié)構(gòu)態(tài)和游離態(tài)兩種形式存在。由于結(jié)構(gòu)態(tài)的雙金屬氫氧化物層間存在較大的空隙，形成了巨大的比表面積，同時(shí)結(jié)構(gòu)態(tài)的FeⅡ還原能力優(yōu)于游離態(tài)的FeⅡ，使得綠銹成為一種良好的除硒劑。

①結(jié)構(gòu)態(tài)的綠銹具有優(yōu)異的吸附性能，而且游離態(tài)的Fe3+還易水解生成Fe(OH)3膠體進(jìn)一步吸附SeO32-。寫出Fe3+水解的離子方程式：________。

②不同FeⅡ/FeⅢ組成的綠銹對(duì)SeO32-去除效果的影響結(jié)果如圖1所示。隨著綠銹組成中FeⅡ/FeⅢ比值的增大，綠銹的除硒效果先減小后增大的原因可能是________。

③廢水的初始pH會(huì)對(duì)綠銹去除SeO32-的效果產(chǎn)生影響，關(guān)系如圖2所示。當(dāng)初始pH增大至11時(shí)，SeO32-的去除效果突然迅速減小的原因是________。

Answer 1

【答案】減小 將三價(jià)鐵還原為零價(jià)鐵(或防止納米零價(jià)鐵被氧化) SeO32-+4e-+3H2O=Se+6OH- Fe3++3H2OFe(OH)3(膠體)+3H+ 當(dāng)FeⅢ比例減小時(shí)，游離態(tài)的FeⅢ形成的Fe(OH)3膠體減少，對(duì)SeO32-的吸附作用減弱；當(dāng)FeⅡ比例增大時(shí)，結(jié)構(gòu)態(tài)的FeⅡ增多，對(duì)SeO32-的還原能力增強(qiáng) 堿性太強(qiáng)，大量的OH-與游離態(tài)的FeⅡ和FeⅢ分別形成Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀覆蓋在綠銹表面，減少了反應(yīng)活性(或堿性太強(qiáng)，結(jié)構(gòu)態(tài)的雙金屬氫氧化物結(jié)構(gòu)受到破壞，還原性減弱)；或大量的OH-吸附在綠銹表面使其帶負(fù)電荷，從而對(duì)SeO32-產(chǎn)生排斥作用

【解析】

（1）根據(jù)水解反應(yīng)及離子交換反應(yīng)中離子濃度的變化來考慮；

（2）①根據(jù)木炭的化學(xué)性質(zhì)及題中信息考慮；

②根據(jù)堿性環(huán)境及生成單質(zhì)Se書寫電極反應(yīng)；

（3）①根據(jù)陽(yáng)離子水解方程式的書寫方法書寫；

②根據(jù)圖中綠銹的除硒效果及FeⅡ/FeⅢ的濃度變化及各自的性質(zhì)進(jìn)行考慮；

③根據(jù)堿性增強(qiáng)導(dǎo)致氫氧根濃度增大與FeⅡ/FeⅢ對(duì)SeO32-的去除原理進(jìn)行考慮；

（1）H2SeO3為二元弱酸，含Na2SeO3濃度較高的廢水中發(fā)生水解：SeO32-+H2OHSeO3-+OH-，溶液呈堿性，用離子交換樹脂處理含Na2SeO3濃度較高的廢水時(shí)，發(fā)生的交換反應(yīng)為SeO32-+2RCl=R2SeO3+2Cl-，SeO32-離子轉(zhuǎn)化為Cl-導(dǎo)致濃度減小，水解程度降低，溶液的堿性減弱，廢水的pH將減��；

（2）①以木屑和FeCl3·6H2O為原料，在N2氛圍中迅速升溫至600 ℃，保持2 h，過程中木屑先轉(zhuǎn)化為木炭，高溫下木炭還具有還原性，可以將FeCl3中+3價(jià)的鐵還原為零價(jià)鐵，木炭表面多孔具有吸附性，木炭將得到的納米零價(jià)鐵充分包覆，還可防止納米零價(jià)鐵被氧化，答案為：將三價(jià)鐵還原為零價(jià)鐵(或防止納米零價(jià)鐵被氧化)；

②木炭包覆納米零價(jià)鐵在堿性廢水中形成許多微電池，這些微電池負(fù)極為鐵，發(fā)生氧化反應(yīng)， 正極為木炭，SeO32-在微電池正極上發(fā)生還原反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為單質(zhì)Se，在堿性廢水的環(huán)境下電極反應(yīng)式為SeO32-+4e-+3H2O=Se+6OH-；

（3）①金屬陽(yáng)離子的水解比較復(fù)雜，一般合為一步書寫，三價(jià)鐵離子水解后生成的是氫氧化鐵膠體，具有吸附性，Fe3+水解的離子方程式為：Fe3++3H2OFe(OH)3(膠體)+3H+

②FeⅢ形成的Fe(OH)3膠體吸附堿性廢水中的SeO32-離子，FeⅡ對(duì)SeO32-進(jìn)行還原，隨著綠銹組成中FeⅡ/FeⅢ比值的增大，FeⅢ的比例減小，游離態(tài)的FeⅢ形成的Fe(OH)3膠體減少，對(duì)SeO32-的吸附作用減弱，綠銹的除硒效果減小；結(jié)構(gòu)態(tài)的FeⅡ還原能力優(yōu)于游離態(tài)的FeⅡ，但隨著FeⅡ比例增大，結(jié)構(gòu)態(tài)的FeⅡ增多，對(duì)SeO32-的還原能力增強(qiáng)，故綠銹的除硒效果又開始增大，答案為：當(dāng)FeⅢ比例減小時(shí)，游離態(tài)的FeⅢ形成的Fe(OH)3膠體減少，對(duì)SeO32-的吸附作用減弱；當(dāng)FeⅡ比例增大時(shí)，結(jié)構(gòu)態(tài)的FeⅡ增多，對(duì)SeO32-的還原能力增強(qiáng)；

③當(dāng)初始pH增大至11時(shí)，溶液堿性增強(qiáng)，溶液中OH-濃度增大，大量的OH-與游離態(tài)的FeⅡ和FeⅢ分別形成Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀覆蓋在綠銹表面，減少了反應(yīng)活性；由題中信息可知，綠銹中鐵元素以結(jié)構(gòu)態(tài)和游離態(tài)兩種形式存在，結(jié)構(gòu)態(tài)的雙金屬氫氧化物層間存在較大的空隙，形成了巨大的比表面積，使得綠銹成為一種良好的除硒劑，OH-與游離態(tài)的FeⅡ和FeⅢ分別形成Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀，結(jié)構(gòu)態(tài)的雙金屬氫氧化物結(jié)構(gòu)受到破壞，還原性減弱；另外溶液中大量的OH－吸附在綠銹表面使其帶負(fù)電荷，從而對(duì)SeO32-產(chǎn)生排斥作用，進(jìn)而影響到SeO32-的去除效果，這些都有可能導(dǎo)致因初始pH增大至11，SeO32-的去除效果突然迅速減小，答案為：堿性太強(qiáng)，大量的OH-與游離態(tài)的FeⅡ和FeⅢ分別形成Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀覆蓋在綠銹表面，減少了反應(yīng)活性(或堿性太強(qiáng)，結(jié)構(gòu)態(tài)的雙金屬氫氧化物結(jié)構(gòu)受到破壞，還原性減弱)；或大量的OH-吸附在綠銹表面使其帶負(fù)電荷，從而對(duì)SeO32-產(chǎn)生排斥作用。