Question

15．聚合硫酸鐵（PFS）是水處理中重要的絮凝劑，如圖是以回收廢鐵屑為原料制備PFS的一種工藝流程．

回答下列問題
（1）廢鐵屑主要為表面附有大量鐵銹的鐵，鐵銹的主要成分為Fe₂O₃•xH₂O．粉碎過(guò)篩的目的是選取細(xì)小顆粒，增大反應(yīng)物接觸面積，提高“酸浸”反應(yīng)速率．
（2）酸浸時(shí)最合適的酸是硫酸，寫出鐵銹與酸反應(yīng)的離子方程式Fe₂O₃•xH₂O+6H⁺=2Fe³⁺+（x+3）H₂O．
（3）反應(yīng)釜中加入氧化劑的作用是氧化亞鐵離子，下列氧化劑中最合適的是C（填標(biāo)號(hào)）．
A．KMnO₄         B．Cl₂         C．H₂O₂       D．HNO₃
（4）聚合釜中溶液的pH必須控制在一定的范圍內(nèi)，pH偏小時(shí)Fe³⁺水解程度弱，pH偏大時(shí)則容易生成Fe（OH）₃，產(chǎn)率降低．
（5）相對(duì)于常壓蒸發(fā)，減壓蒸發(fā)的優(yōu)點(diǎn)是可以防止溫度過(guò)高，聚合硫酸鐵分解．
（6）鹽基度B是衡量絮凝劑絮凝效果的重要指標(biāo)，定義式為B=$\frac{3n（OH）}{n（Fe）}$ （n為物質(zhì)的量）．為測(cè)量樣品的B值，取樣品m g，準(zhǔn)確加入過(guò)量鹽酸，充分反應(yīng)，再加入煮沸后冷卻的蒸餾水，以酚酞為指示劑，用c mol•L^-1的標(biāo)準(zhǔn)NaOH溶液進(jìn)行中和滴定（部分操作略去，已排除鐵離子干擾）．到終點(diǎn)時(shí)消耗NaOH溶液V mL．按上述步驟做空白對(duì)照試驗(yàn)，消耗NaOH溶液V₀ mL，已知該樣品中Fe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w，則B的表達(dá)式為$\frac{0.168c（{V}_{0}-V）}{mw}$．

Answer 1

分析 廢鐵屑粉粹過(guò)篩后加入酸浸，過(guò)濾得到濾液在反應(yīng)釜中加入氧化劑氧化亞鐵離子為鐵離子，加入水和硫酸生成聚合硫酸鐵，減壓蒸發(fā)得到PES固體產(chǎn)品，
（1）鐵銹的主要成分是氧化鐵水合物，粉碎過(guò)篩是選取細(xì)小顆粒，增大反應(yīng)物接觸面積，提高“酸浸”反應(yīng)速率；
（2）依據(jù)制備的物質(zhì)聚合硫酸鐵可知，酸化反應(yīng)不能引入新的雜質(zhì)，需要硫酸酸化，鐵銹中氧化鐵和酸反應(yīng)生成鐵離子和水；
（3）反應(yīng)釜中加入氧化劑的作用是氧化亞鐵離子為鐵離子，氧化劑不引入新的雜質(zhì)；
（4）鐵離子易水解生成紅褐色氫氧化鐵膠體；
（5）減壓蒸發(fā)在較低溫度下可進(jìn)行，防止溫度過(guò)高而導(dǎo)致物質(zhì)分解；
（6）B=$\frac{3n（OH）}{n（Fe）}$ （n為物質(zhì)的量），n（OH^-）=（V₀-V）×10^-3×c mol•L^-1，n（Fe）=$\frac{mwg}{56g/mol}$=$\frac{mw}{56}$mol．

解答 解：（1）鐵銹的主要成分是氧化鐵水合物，化學(xué)式為：Fe₂O₃•xH₂O，粉碎過(guò)篩是選取細(xì)小顆粒，增大反應(yīng)物接觸面積，提高“酸浸”反應(yīng)速率，
故答案為：Fe₂O₃•xH₂O；選取細(xì)小顆粒，增大反應(yīng)物接觸面積，提高“酸浸”反應(yīng)速率；
（2）依據(jù)制備的物質(zhì)聚合硫酸鐵可知，酸化反應(yīng)不能引入新的雜質(zhì)，需要硫酸酸化，鐵銹中氧化鐵和酸反應(yīng)生成鐵離子和水，反應(yīng)的離子方程式為：Fe₂O₃•xH₂O+6H⁺=2Fe³⁺+（x+3）H₂O，
故答案為：H₂SO₄；Fe₂O₃•xH₂O+6H⁺=2Fe³⁺+（x+3）H₂O；
（3）反應(yīng)釜中加入氧化劑的作用是氧化亞鐵離子為鐵離子，氧化劑不引入新的雜質(zhì)，A、B、D都會(huì)引入新的雜質(zhì)，C中過(guò)氧化氫被還原生成水無(wú)雜質(zhì)離子引入，故答案為：C；
（4）鐵離子易水解生成紅褐色氫氧化鐵膠體，聚合釜中溶液的pH必須控制在一定的范圍內(nèi)，pH偏小時(shí)Fe³⁺水解程度弱，pH偏大時(shí)則容易生成Fe（OH）₃，產(chǎn)率降低，
故答案為：容易生成Fe（OH）₃，產(chǎn)率降低；
（5）減壓蒸發(fā)在較低溫度下可進(jìn)行，防止常壓蒸發(fā)溫度過(guò)高聚合硫酸鐵分解，
故答案為：可以防止溫度過(guò)高，聚合硫酸鐵分解；
（6）n（OH^-）=（V₀-V）×10^-3×c mol•L^-1，n（Fe）=$\frac{mwg}{56g/mol}$=$\frac{mw}{56}$mol，B=$\frac{3n（OH）}{n（Fe）}$ （n為物質(zhì)的量）=3×$\frac{（{V}_{0}-V）×1{0}^{-3}L×cmol/L}{\frac{mw}{56}mol}$=$\frac{0.168c（{V}_{0}-V）}{mw}$，
故答案為：$\frac{0.168c（{V}_{0}-V）}{mw}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)組成探究、物質(zhì)性質(zhì)的分析、試劑選擇和離子反應(yīng)實(shí)質(zhì)的理解應(yīng)用，注意信息的分析，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．