Question

5．聚合硫酸鐵鋁（PFAS）是一種新型高效水處理劑，利用硫鐵礦燒渣9主要成分為Fe₃O₄、FeO、SiO₂等）為鐵源、粉煤灰（主要成分為Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO等）為鋁源，制備PFAS的工藝流程如下：

（1）水是生命之源，水質(zhì)優(yōu)劣直接影響人體健康，天然水在凈化處理過程中加入的混凝劑可以是硫酸鋁、硫酸鐵（填兩種物質(zhì)的名稱），其凈化作用的原理是鋁鹽或鐵鹽在水中發(fā)生水解生成相應(yīng)氫氧化物膠體，它可吸附天然水中懸浮物并破壞天然水中的其他帶異電的膠體，使其聚沉，達(dá)到凈化目的，水的凈化與鐵化的區(qū)別是水的凈化是用混凝劑（如明礬等）將水中膠體及懸浮物沉淀下來，而水的軟化是除去水中的鈣離子和鎂離子；
（2）“堿溶”時(shí)，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O，“濾渣Ⅰ”成分是Fe₂O₃、FeO；
（3）“酸溶Ⅱ”時(shí)，寫出產(chǎn)生Fe²⁺的反應(yīng)的離子方程式為FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O，F(xiàn)e₃O₄+8H⁺=2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O；
（4）“氧化”時(shí)應(yīng)控制在比較低的溫度下進(jìn)行，原因是溫度過高，H₂O₂會(huì)分解；
（5）“氧化”時(shí)若用ClO₂代替，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是5Fe²⁺+ClO₂+4H⁺═5Fe³⁺+Cl^-+2H₂O．

Answer 1

分析 粉煤灰（主要成分為Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO等），加入NaOH溶液使Al₂O₃溶解，其方程式為Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O，F(xiàn)e₂O₃、FeO和氫氧化鈉不反應(yīng)，濾液中通入過量CO₂，發(fā)生的反應(yīng)為CO₂+NaAlO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+NaHCO₃；過濾，濾渣中再加入H₂SO₄時(shí)，其反應(yīng)原理為2Al（OH）₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+6H₂O，結(jié)晶得到Al₂（SO₄）₃晶體；
硫鐵礦燒渣（主要成分為Fe₃O₄、FeO、SiO₂等），向硫鐵礦燒渣中加入H₂SO₄，其方程式為FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O，F(xiàn)e₃O₄+8H⁺=2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O，二氧化硅與硫酸不反應(yīng)，加入過氧化氫氧化亞鐵鹽為鐵鹽，結(jié)晶Ⅰ結(jié)晶Ⅱ制備PFAS；
（1）混凝劑是溶液中水解生成膠體的鹽類，凈水作用是吸附懸浮雜質(zhì)使其聚沉達(dá)到凈化目的；凈化水是除去懸浮雜質(zhì)，軟化水是除去鈣鎂離子；
（2）加入NaOH溶液使Al₂O₃溶解生成偏鋁酸鈉和水；
（3）氧化亞鐵與氫離子反應(yīng)生成亞鐵離子和水；四氧化三鐵和酸反應(yīng)生成鐵鹽、亞鐵鹽、水；
（4）H₂O₂氧化Fe²⁺時(shí)，溫度不能過高，其原因是溫度過高，H₂O₂會(huì)分解；
（5）“氧化”時(shí)若ClO₂用代替H₂O₂，發(fā)生反應(yīng)是酸溶液中ClO₂氧化亞鐵離子為鐵離子，ClO₂被還原為氯離子．

解答 解：粉煤灰（主要成分為Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO等），加入NaOH溶液使Al₂O₃溶解，其方程式為Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O，F(xiàn)e₂O₃、FeO和氫氧化鈉不反應(yīng)，濾液中通入過量CO₂，發(fā)生的反應(yīng)為CO₂+NaAlO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+NaHCO₃；過濾，濾渣中再加入H₂SO₄時(shí)，其反應(yīng)原理為2Al（OH）₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+6H₂O，結(jié)晶得到Al₂（SO₄）₃晶體；
硫鐵礦燒渣（主要成分為Fe₃O₄、FeO、SiO₂等），向硫鐵礦燒渣中加入H₂SO₄，其方程式為FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O，F(xiàn)e₃O₄+8H⁺=2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O，二氧化硅與硫酸不反應(yīng)，加入過氧化氫氧化亞鐵鹽為鐵鹽，結(jié)晶Ⅰ結(jié)晶Ⅱ制備PFAS；
（1）混凝劑是吸附水中的微小懸浮顆粒，凝聚成較大的顆粒，而快速沉降的主要作用，要具備水解生成膠體的性質(zhì)，所以常有鋁鹽或鐵鹽在水中發(fā)生水解生成相應(yīng)氫氧化物膠體，如明礬、硫酸鋁、硫酸鐵等；水的凈化是除去懸浮性雜質(zhì)，一般用明礬進(jìn)行；水的軟化是降低Ca²⁺、Mg²⁺的濃度，方法很多，有離子交換法、石灰純堿法等，
故答案為：硫酸鋁、硫酸鐵；鋁鹽或鐵鹽在水中發(fā)生水解生成相應(yīng)氫氧化物膠體，它可吸附天然水中懸浮物并破壞天然水中的其他帶異電的膠體，使其聚沉，達(dá)到凈化目的；水的凈化是用混凝劑（如明礬等）將水中膠體及懸浮物沉淀下來，而水的軟化是除去水中的鈣離子和鎂離子；
（2）氧化鋁為兩性氧化物，“堿溶”時(shí)，Al₂O₃發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O，F(xiàn)e₂O₃、FeO和氫氧化鈉不反應(yīng)，所以濾渣I為Fe₂O₃、FeO；
故答案為：Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O；Fe₂O₃、FeO；
（3）硫鐵礦燒渣主要成分為Fe₃O₄、FeO、SiO₂等，加酸溶解時(shí)，四氧化三鐵和氧化亞鐵與氫離子反應(yīng)，四氧化三鐵中鐵$\frac{1}{3}$為+2，$\frac{2}{3}$為+3，“酸溶Ⅱ”時(shí)，F(xiàn)e₃O₄發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Fe₃O₄+8H⁺=2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O，F(xiàn)eO與氫離子反應(yīng)為：FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O；
故答案為：FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O，F(xiàn)e₃O₄+8H⁺=2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O；
（4）過氧化氫氧化亞鐵鹽為鐵鹽，2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，H₂O₂氧化Fe²⁺時(shí)，“氧化”時(shí)應(yīng)控制溫度不超過57℃，其原因是溫度不能過高，其原因是溫度過高，H₂O₂會(huì)分解，
故答案為：溫度過高，H₂O₂會(huì)分解；
（5）“氧化”時(shí)若ClO₂用代替H₂O₂，發(fā)生反應(yīng)是酸溶液中ClO₂氧化亞鐵離子為鐵離子，ClO₂被還原為氯離子，反應(yīng)離子方程式為5Fe²⁺+ClO₂+4H⁺═5Fe³⁺+Cl^-+2H₂O，
故答案為：5Fe²⁺+ClO₂+4H⁺═5Fe³⁺+Cl^-+2H₂O．

點(diǎn)評 本題考查了物質(zhì)分離提純實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，側(cè)重于考查物質(zhì)性質(zhì)的理解應(yīng)用、離子方程式、化學(xué)方程式書寫方法、鹽類水解分析應(yīng)用等，注意把握氧化還原反應(yīng)方程式的配平方法，題目難度中等．