Question

1．聚合硫酸鐵（PFS）是一種重要的無機高分子絮凝劑，在工業(yè)和生活污水處理等領域具有重要應用．PFS可表示成Fe_x（OH）_y（SO₄）_z（其中鐵元素化合價為+3），工業(yè)上常用綠礬等原料制備，采用“一鍋法”制備PFS的工藝流程如下．

（1）從上述流程判斷，水洗液中可以回收的主要物質有KCl、K₂SO₄．
（2）綠礬溶液與KClO₃、KOH發(fā)生反應，其中還原劑與氧化劑的物質的量之比為6：1．
（3）下表是PFS的三種生產工藝所使用的原料．

方法	雙氧水氧化法	次氯酸鈉氧化法	硝酸氧化法
原料	綠礬、硫酸、雙氧水	綠礬、硫酸、次氯酸鈉	綠礬、硫酸、濃硝酸等

試分析“一鍋法”工藝的優(yōu)點是未使用硫酸，不腐蝕設備，選擇表中的一種方案分析其可能的缺點雙氧水法：反應放熱，雙氧水分解（或次氯酸鈉法：產生氯氣，污染環(huán)境或硝酸氧化法：產生NO₂等氮氧化物污染環(huán)境）．
（4）在PFS的多個質量指標中，鹽基度是重要的質量指標之一，鹽基度定義為：鹽基度=$\frac{n（O{H}^{-}）}{3n（Fe）}$×100%，式中n（OH^-）、n（Fe）分別表示聚合硫酸鐵中OH^-和Fe的物質的量．取7.51g某聚合硫酸鐵溶解于稀鹽酸，向其中加入過量的BaCl₂溶液到沉淀完全，經過濾、洗滌、干燥得白色沉淀10.48g；再向上述濾液中加入足量NH₃•H₂O，經過濾、洗滌、干燥、灼燒得Fe₂O₃固體2.80g．試計算該固體聚合硫酸鐵的鹽基度．

Answer 1

分析 綠礬用水溶解，再加入次氯酸鉀、KOH，氯酸根離子具有氧化性，亞鐵離子具有還原性，發(fā)生反應：6FeSO₄+KClO₃+12KOH═6Fe（OH）₃↓+KCl+6K₂SO₄+6H₂O，水洗、干燥得到PFS，水洗后溶液中含有KCl、K₂SO₄．
（1）水洗后溶液中含有KCl、K₂SO₄；
（2）還原劑為FeSO₄，氧化劑是KClO₃，結合反應方程式判斷還原劑、氧化劑物質的量的之比；
（3）“一鍋法”未使用硫酸，不腐蝕設備；雙氧水法：反應放熱，雙氧水分解；次氯酸鈉法：產生氯氣，污染環(huán)境；硝酸氧化法：產生NO₂等氮氧化物污染環(huán)境；
（4）根據Fe元素守恒計算n（Fe）=2n（Fe₂O₃），白色沉淀10.48g為BaSO₄，根據n=$\frac{m}{M}$計算n（SO₄^2-），再根據電荷守恒計算n（OH^-），再根據鹽基度定義式計算．

解答 解：綠礬用水溶解，再加入次氯酸鉀、KOH，氯酸根離子具有氧化性，亞鐵離子具有還原性，發(fā)生反應：6FeSO₄+KClO₃+12KOH═6Fe（OH）₃↓+KCl+6K₂SO₄+6H₂O，水洗、干燥得到PFS，水洗后溶液中含有KCl、K₂SO₄．
（1）水洗后溶液中含有KCl、K₂SO₄，以回收的主要物質有：KCl、K₂SO₄，
故答案為：KCl、K₂SO₄；
（2）發(fā)生反應：發(fā)生反應：6FeSO₄+KClO₃+12KOH═6Fe（OH）₃↓+KCl+6K₂SO₄+6H₂O，還原劑為FeSO₄，氧化劑是KClO₃，還原劑、氧化劑物質的量的之比為6：1，
故答案為：6：1；
（3）“一鍋法”未使用硫酸，不腐蝕設備；雙氧水法：反應放熱，雙氧水分解；次氯酸鈉法：產生氯氣，污染環(huán)境；硝酸氧化法：產生NO₂等氮氧化物污染環(huán)境；
故答案為：未使用硫酸，不腐蝕設備；雙氧水法：反應放熱，雙氧水分解（或次氯酸鈉法：產生氯氣，污染環(huán)境或硝酸氧化法：產生NO₂等氮氧化物污染環(huán)境）；
（4）根據Fe元素守恒：n（Fe）=2n（Fe₂O₃）=$\frac{2.8g}{160g/mol}$×2=0.035 mol，
白色沉淀10.48g為BaSO₄，n（SO₄^2-）=n（BaSO₄）=$\frac{10.48g}{233g/mol}$=0.045mol，
根據電荷守恒：n（OH^-）=3×n（Fe）-2×n（SO₄^2-）=3×0.035mol-2×0.045mol=0.015mol，則鹽基度=$\frac{0.015mol}{0.035mol×3}$×100%=14.29%，
答：該固體聚合硫酸鐵的鹽基度是14.29%．

點評 本題綜合考查化學工藝流程、實驗制備方案評價、化學計算等，是對學生綜合能力的考查，明確反應原理是根據，難度中等．