Question

10．FeCl₃具有凈水作用，但腐蝕設(shè)備，而聚合氯化鐵是一種新型的絮凝劑，處理污水比FeCl₃ 高效，且腐蝕性小．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）FeCl₃ 溶液腐蝕鋼鐵設(shè)備，除H⁺作用外，另一主要原因是（用離子方程式表示）2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺．
（2）為節(jié)約成本，工業(yè)上用NaClO₃ 氧化酸性FeCl₂ 廢液得到FeCl₃．
①若酸性FeCl₂ 廢液中c（Fe²⁺）=2.0×10^-2mol•L^-1，c（Fe³⁺）=1.0×10^-3mol•L^-1，c（Cl^-）=5.3×10^-2mol•L^-1，則該溶液的pH約為2．
②完成NaClO₃ 氧化FeCl₂ 的離子方程式：ClO₃^-+Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+Fe³⁺+3H₂O．
（3）已知FeCl₃ 在溶液中分三步水解：
Fe³⁺+H₂O?Fe（OH）²⁺+H⁺     K₁
Fe（OH）²⁺+H₂O?Fe（OH）₂⁺+H⁺  K₂
Fe（OH）⁺+H₂O?Fe（OH）₃+H⁺  K₃
以上水解反應(yīng)的平衡常數(shù)K₁、K₂、K₃由大到小的順序是K₁＞K₂＞K₃．
通過(guò)控制條件，以上水解產(chǎn)物聚合，生成聚合氯化鐵，離子方程式為：xFe³⁺+yH₂O?Fe_x（OH）_y^（3x-y）++yH⁺
欲使平衡正向移動(dòng)可采用的方法是（填序號(hào)）bd．
a．降溫          b．加水稀釋          c．加入氯化銨          d．加入碳酸氫鈉
（4）某污水處理廠用聚合氯化鐵凈化污水的結(jié)果如圖所示．由圖中數(shù)據(jù)得出每升污水中投放聚合氯化鐵[以Fe（mg•L^-1）表示]的最佳范圍約為18～20mg•L^-1．

Answer 1

分析 （1）鋼鐵設(shè)備中的Fe會(huì)與鐵離子反應(yīng)生成亞鐵離子；
（2）①根據(jù)電荷守恒：c（Cl^-）=2c（Fe²⁺）+3c（Fe³⁺）+c（H⁺）（酸性溶液中OH^-濃度很小，在這里可以忽略不計(jì)），據(jù)此溶液中氫離子的濃度，再根據(jù)pH=-lgc（H⁺）計(jì)算；
②氯酸鈉氧化酸性的氯化亞鐵，則反應(yīng)物中有氫離子參加，則生成物中有水生成，Cl元素的化合價(jià)從+5價(jià)降低到-1價(jià)，得到6個(gè)電子，而Fe元素的化合價(jià)從+2價(jià)升高到+3價(jià)，失去1個(gè)電子，根據(jù)得失電子守恒，則氯酸根離子的系數(shù)為1，F(xiàn)e²⁺的系數(shù)為6，則鐵離子的系數(shù)也是6，氯離子的系數(shù)是1，根據(jù)電荷守恒，則氫離子的系數(shù)是6，水的系數(shù)是3；
（3）鐵離子的水解分為三步，且水解程度逐漸減弱，所以水解平衡常數(shù)逐漸減��；
控制條件使平衡正向移動(dòng)，水解為吸熱反應(yīng)，所以降溫平衡逆向移動(dòng)；加水稀釋，則水解平衡也正向移動(dòng)；加入氯化銨，氯化銨溶液為酸性，氫離子濃度增大，平衡逆向移動(dòng)；加入碳酸氫鈉，則消耗氫離子，平衡正向移動(dòng)；
從反應(yīng)的離子方程式中可知，氫離子的濃度影響高濃度聚合氯化鐵的生成，所以關(guān)鍵步驟是調(diào)節(jié)溶液的pH；
（4）由圖象可知，聚合氯化鐵的濃度在18～20 mg•L^-1時(shí)，去除率達(dá)到最大值，污水的渾濁度減�。�

解答 解：（1）鋼鐵設(shè)備中的Fe會(huì)與鐵離子反應(yīng)生成亞鐵離子，離子方程式是：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，
故答案為：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
（2）①根據(jù)電荷守恒：c（Cl^-）=2c（Fe²⁺）+3c（Fe³⁺）+c（H⁺）（酸性溶液中OH^-濃度很小，在這里可以忽略不計(jì)），則c（H⁺）=c（Cl^-）-2c（Fe²⁺）-3c（Fe³⁺）=1.0×10^-2mol•L^-1，則溶液pH=-lg1.0×10^-2=2，
故答案為：2；
②氯酸鈉氧化酸性的氯化亞鐵，則反應(yīng)物中有氫離子參加，則生成物中有水生成，Cl元素的化合價(jià)從+5價(jià)降低到-1價(jià)，得到6個(gè)電子，而Fe元素的化合價(jià)從+2價(jià)升高到+3價(jià)，失去1個(gè)電子，根據(jù)得失電子守恒，則氯酸根離子的系數(shù)為1，F(xiàn)e²⁺的系數(shù)為6，則鐵離子的系數(shù)也是6，氯離子的系數(shù)是1，根據(jù)電荷守恒，則氫離子的系數(shù)是6，水的系數(shù)是3，配平后離子方程式為：ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O，
故答案為：1；6；6H⁺；1；6；3H₂O；
（3）鐵離子的水解分為三步，且水解程度逐漸減弱，所以水解平衡常數(shù)逐漸減小，則K₁＞K₂＞K₃；
控制條件使平衡正向移動(dòng)，使平衡正向移動(dòng)，因?yàn)樗�解為吸熱反�?yīng)，所以降溫，平衡逆向移動(dòng)；加水稀釋，則水解平衡也正向移動(dòng)；加入氯化銨，氯化銨溶液為酸性，氫離子濃度增大，平衡逆向移動(dòng)；加入碳酸氫鈉，則消耗氫離子，所以氫離子濃度降低，平衡正向移動(dòng)，故選bd；
故答案為：K₁＞K₂＞K₃；bd；
（4）由圖象可知，聚合氯化鐵的濃度在18～20 mg•L^-1時(shí)，去除率達(dá)到最大值，污水的渾濁度減小，
故答案為：18～20．

點(diǎn)評(píng) 本題考查鐵的化合物性質(zhì)的應(yīng)用、氧化還原反應(yīng)方程式的配平、對(duì)圖象的分析能力、平衡移動(dòng)影響因素等，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與靈活運(yùn)用難度，難度中等．