Question

17．鋼廠酸洗廢液（成分如表所示）在工業(yè)生產(chǎn)中還具有很多用途．

成份	濃度/（mol•L-1）	質(zhì)量分?jǐn)?shù)
HCl FeCl2 FeCl3	-- 1.920 0.071	5.00% 8.94% 0.33%

（1）欲檢驗(yàn)該酸洗廢液中含有的少量Fe³⁺，最宜選用的試劑是KSCN溶液；為檢驗(yàn)其中的Fe²⁺，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：取該酸洗廢液少許加入試管中，滴入幾滴酸性KMnO₄溶液后發(fā)現(xiàn)紫色消失．該同學(xué)得出結(jié)論：該溶液中含有Fe²⁺．大家認(rèn)為該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不合理，理由是酸性KMnO₄溶液會(huì)氧化Cl^-，導(dǎo)致紫色消失，2MnO₄^-+10Cl^-+16H⁺=2Mn²⁺+5Cl₂↑+8H₂O（用必要的文字和離子方程式解釋）．
（2）采用石墨作電極電解上述酸洗廢液時(shí)，初始階段，陽(yáng)極板上有氣泡生成，此時(shí)與該現(xiàn)象有關(guān)的陽(yáng)極電極反應(yīng)式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑；向上述酸洗廢液中加入KOH溶液中和后，在合適的電壓下電解，可在陽(yáng)（填“陰”或“陽(yáng)”）極生成高鐵酸鉀（K₂FeO₄）．
（3）利用上述酸洗廢液、含鋁礦石（主要成分為Al₂O₃、Fe₂O₃和SiO₂）以及新制的硅酸（活化硅酸），制備聚硅酸氯化鋁鐵絮凝劑（簡(jiǎn)稱PAFSC），具體方法如圖1：

適當(dāng)調(diào)高濾液A的pH，Al³⁺和Fe³⁺轉(zhuǎn)化為沉淀，原因是調(diào)高溶液pH，溶液中[OH^-]增大，從而使Al（OH）₃和Fe（OH）₃的Qc大于其Ksp；（或調(diào)高溶液pH，溶液中[OH^-]增大，從而使Al（OH）₃和Fe（OH）₃的沉淀溶解平衡向沉淀方向移動(dòng)）（請(qǐng)用沉淀溶解平衡的理論解釋）．
②PAFSC絮凝劑凈化水的過(guò)程中，Al³⁺參與反應(yīng)的離子方程式為Al³⁺+3H₂O=Al（OH）₃（膠體）+3H⁺．
③25℃時(shí)，PAFSC的除濁效果隨溶液pH的變化如圖2所示（圖中的NTU為濁度單位），則在下列pH范圍中，PAFSC除濁效果最佳的是b（填下列序號(hào)字母）．
a．4～5      b．5～7c．7～8d．8～9
25℃時(shí)，pH＞7且隨pH增大，PAFSC的除濁效果明顯變差，原因是堿性增強(qiáng)，使膠體發(fā)生了聚沉現(xiàn)象．

Answer 1

分析 （1）可用KSCN檢驗(yàn)Fe³⁺，F(xiàn)e²⁺和Cl^-都可被酸性高錳酸鉀氧化；
（2）采用石墨作電極電解上述酸洗廢液時(shí)，初始階段，陽(yáng)極板上有氣泡生成，應(yīng)生成氯氣，向上述酸洗廢液中加入KOH溶液中和后，生成K₂FeO₄，F(xiàn)e元素被氧化，應(yīng)為陽(yáng)極反應(yīng)；
（3）含鋁礦石加入酸，然后過(guò)濾可除去SiO₂，濾液中含有Al³⁺、Fe³⁺，適當(dāng)調(diào)高濾液A的pH，Al³⁺和Fe³⁺轉(zhuǎn)化為沉淀，然后加入酸溶解，與活化硅酸反應(yīng)，并加入氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH，充分?jǐn)嚢杩傻镁酃杷崧然�鋁鐵絮凝劑．
①適當(dāng)調(diào)高濾液A的pH，可增大溶液中[OH^-]，有利于平衡向生成沉淀的方向移動(dòng)；
②PAFSC絮凝劑凈化水的過(guò)程中，Al³⁺水解生成氫氧化鋁膠體；
③由圖象可知pH介于5～7時(shí)剩余濁度較低，除濁效果較好，pH＞7且隨pH增大，PAFSC的除濁效果明顯變差，說(shuō)明膠體吸附能力減弱，可能發(fā)生聚沉．

解答 解：（1）可用KSCN檢驗(yàn)Fe³⁺，F(xiàn)e²⁺和Cl^-都可被酸性高錳酸鉀氧化，發(fā)生2MnO₄^-+10Cl^-+16H⁺=2Mn²⁺+5Cl₂↑+8H₂O，導(dǎo)致紫色消失，
故答案為：KSCN；酸性KMnO₄溶液會(huì)氧化Cl^-，導(dǎo)致紫色消失，2MnO₄^-+10Cl^-+16H⁺=2Mn²⁺+5Cl₂↑+8H₂O；
（2）采用石墨作電極電解上述酸洗廢液時(shí)，初始階段，陽(yáng)極板上有氣泡生成，應(yīng)生成氯氣，電極方程式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑，向上述酸洗廢液中加入KOH溶液中和后，生成K₂FeO₄，F(xiàn)e元素化合價(jià)升高被氧化，應(yīng)為陽(yáng)極反應(yīng)，
故答案為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；陽(yáng)；
（3）含鋁礦石加入酸，然后過(guò)濾可除去SiO₂，濾液中含有Al³⁺、Fe³⁺，適當(dāng)調(diào)高濾液A的pH，Al³⁺和Fe³⁺轉(zhuǎn)化為沉淀，然后加入酸溶解，與活化硅酸反應(yīng)，并加入氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH，充分?jǐn)嚢杩傻镁酃杷崧然�鋁鐵絮凝劑．
①適當(dāng)調(diào)高濾液A的pH，可增大溶液中[OH^-]，Al（OH）₃和Fe（OH）₃的Qc大于其Ksp，從而使Al（OH）₃和Fe（OH）₃的沉淀溶解平衡向沉淀方向移動(dòng)），
故答案為：調(diào)高溶液pH，溶液中[OH^-]增大，從而使Al（OH）₃和Fe（OH）₃的Qc大于其Ksp；（或調(diào)高溶液pH，溶液中[OH^-]增大，從而使Al（OH）₃和Fe（OH）₃的沉淀溶解平衡向沉淀方向移動(dòng)）；
②PAFSC絮凝劑凈化水的過(guò)程中，Al³⁺水解生成氫氧化鋁膠體，離子方程式為Al³⁺+3H₂O=Al（OH）₃（膠體）+3H⁺，
故答案為：Al³⁺+3H₂O=Al（OH）₃（膠體）+3H⁺；
③由圖象可知pH介于5～7時(shí)剩余濁度較低，除濁效果較好，pH＞7且隨pH增大，PAFSC的除濁效果明顯變差，說(shuō)明膠體吸附能力減弱，可能發(fā)生聚沉，
故答案為：b；聚沉．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查物質(zhì)的分離、提純以及實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，為高考常見(jiàn)題型，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾�，難度中等．