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．粉碎過篩的目的是選取細小顆粒，增大反應物接觸面積，提高“酸浸”反應速率．
（2）酸浸時最合適的酸是硫酸，寫出鐵銹與酸反應的離子方程式Fe₂O₃•xH₂O+6H⁺=2Fe³⁺+（x+3）H₂O．
（3）反應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（填標號）．
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，pH偏小時Fe³⁺水解程度弱，pH偏大時則容易生成Fe（OH）₃，產率降低．
（5）相對于常壓蒸發(fā)，減壓蒸發(fā)的優(yōu)點是可以防止溫度過高，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，定義式為B=$\frac{3n（OH）}{n（Fe）}$ （n為物質的量）．為測量樣品的B值，取樣品m g，準確加入過量鹽酸，充分反應，再加入煮沸后冷卻的蒸餾水，以酚酞為指示劑，用c mol•L^-1的標準NaOH溶液進行中和滴定（部分操作略去，已排除鐵離子干擾）．到終點時消耗NaOH溶液V mL．按上述步驟做空白對照試驗，消耗NaOH溶液V₀ mL，已知該樣品中Fe的質量分數w，則B的表達式為$\frac{0.168c（{V}_{0}-V）}{mw}$．

Answer 1

分析 廢鐵屑粉粹過篩后加入酸浸，過濾得到濾液在反應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固體產品，
（1）鐵銹的主要成分是氧化鐵水合物，粉碎過篩是選取細小顆粒，增大反應物接觸面積，提高“酸浸”反應速率；
（2）依據制備的物質聚合硫酸鐵可知，酸化反應不能引入新的雜質，需要硫酸酸化，鐵銹中氧化鐵和酸反應生成鐵離子和水；
（3）反應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；
（4）鐵離子易水解生成紅褐色氫氧化鐵膠體；
（5）減壓蒸發(fā)在較低溫度下可進行，防止溫度過高而導致物質分解；
（6）B=$\frac{3n（OH）}{n（Fe）}$ （n為物質的量），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，化學式為：Fe₂O₃•xH₂O，粉碎過篩是選取細小顆粒，增大反應物接觸面積，提高“酸浸”反應速率，
故答案為：Fe₂O₃•xH₂O；選取細小顆粒，增大反應物接觸面積，提高“酸浸”反應速率；
（2）依據制備的物質聚合硫酸鐵可知，酸化反應不能引入新的雜質，需要硫酸酸化，鐵銹中氧化鐵和酸反應生成鐵離子和水，反應的離子方程式為：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，A、B、D都會引入新的雜質，C中過氧化氫被還原生成水無雜質離子引入，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，pH偏小時Fe³⁺水解程度弱，pH偏大時則容易生成Fe（OH）₃，產率降低，
故答案為：容易生成Fe（OH）₃，產率降低；
（5）減壓蒸發(fā)在較低溫度下可進行，防止常壓蒸發(fā)溫度過高聚合硫酸鐵分解，
故答案為：可以防止溫度過高，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：$\frac{0.168c（{V}_{0}-V）}{mw}$．

點評 本題考查了物質組成探究、物質性質的分析、試劑選擇和離子反應實質的理解應用，注意信息的分析，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．