Question

直接氧化法制备混凝剂聚合硫酸铁[Fe₂(OH) _n (SO₄) _3－n/2]_m (n>2 , m≤10)的实验流程如下：

已知：盐基度=n(OH^－)/3n(Fe)×100% 。式中n(OH^－)、n(Fe)分别表示PFS中OH^－和Fe³⁺的物质的量。所得产品若要用于饮用水处理，需达到盐基度指标为 8.0%~16.0%。
（1）实验加入硫酸的作用是   。取样分析Fe²⁺浓度，其目的是   。
（2）用pH试纸测定溶液pH的操作方法为   。若溶液的pH偏小，将导致聚合硫酸铁中铁的质量分数   。（填“偏高”、“偏低”、“无影响”）
（3）氧化时控制反应温度为50~60℃的原因是   。
（4）聚合反应的原理为m[Fe₂(OH)_n(SO₄) _3-n/2]  [Fe₂(OH)_n(SO₄) _3-n/2 ] _m，则水解反应的化学方程式为   。
（5）产品盐基度的测定方法：
Ⅰ 称取m g固体试样，置于400 mL聚乙烯烧杯中，加入25 mL盐酸标准溶液，再加20 mL煮沸后冷却的蒸馏水，摇匀，盖上表面皿。
Ⅱ 室温下放置10 min，再加入10 mL氟化钾溶液，摇匀，掩蔽Fe³⁺，形成白色沉淀。
Ⅲ 加入5滴酚酞指示剂，立即用物质的量浓度为c mol·L^－1的氢氧化钠标准液滴定至终点，消耗体积为V ml。
Ⅳ 向聚乙烯烧杯中，加入25 mL盐酸标准溶液，再加20 mL煮沸后冷却的蒸馏水，摇匀，盖上表面皿。然后重复Ⅱ、Ⅲ做空白试验，消耗氢氧化钠标准液的体积为V₀  ml。
①达到滴定终点的现象为   。
②已知试样中Fe³⁺的质量分数为w₁，则该试样的盐基度(w)的计算表达式为   。

Answer 1

（1）抑制Fe²⁺水解; 确定氧化Fe²⁺所需H₂O₂的量
（2）将小片pH试纸放在点滴板（或表面皿）上，用玻璃棒沾取少量待测液滴在试纸上，迅速与标准比色卡对照; 偏低
（3）温度过低，反应太慢；温度过高， H₂O₂分解加快，导致氧化剂用量增加。
（4）Fe₂(SO₄)₃+ nH₂O Fe₂(OH)_n(SO₄) _3-n/2 + (n/2) H₂SO₄
（5）①加入最后一滴NaOH标准液，烧杯中液体颜色恰好为浅红色，且30s内不变色。
②w=

解析试题分析：本题是通过绿矾经过氧化、水解等步骤制备混凝剂聚合硫酸铁的流程。（1）绿矾易溶于水，加入硫酸的作用显然是抑制Fe²⁺以及后面氧化生成的Fe³⁺的水解；反应中Fe^{2 +}要全被氧化，所以需确定其量来确定氧化剂H₂O₂的量；（2）溶液的pH偏小致使Fe³⁺的水解受到抑制，聚合硫酸铁中OH^-量减少，SO₄^2-量增多，铁的质量分数减少；（3）温度控制在一个范围或一个数值，需从两个方面解释，温度低，反应速率慢，温度高，会引起易分解的物质（H₂O₂）分解；（4）流程的第四步是水解和聚合，水解是Fe³⁺的部分水解得到聚合物的单体；
（5）加入的盐酸与聚合硫酸铁中的OH^-反应，
反应的盐酸n(HCl)=cV₀×10^-3- cV×10^-3mol= n(OH^-)
聚合硫酸铁中铁的物质的量n(Fe)=mw₁÷56= mw₁/56mol
盐基度=n(OH^－)/3n(Fe)×100%=
考点：本题以工业流程为背景综合考查了流程过程中条件的控制、水解原理、实验操作、滴定的计算等知识。