Question

【题目】水是一种重要的自然资源，水质优劣直接影响人体健康，水处理技术在生产、生活中应用广泛。聚合硫酸铁(PFS)是水处理中重要的絮凝剂。以黄铁矿的烧渣(主要成分为Fe2O3、FeO、SiO2等)和废铁屑为原料制取聚合硫酸铁([Fe2(OH)x(SO4)3-]m)的工艺流程如图：

(1)用98%的硫酸配制28%的硫酸，所需的玻璃仪器除量筒外，还有______(填标号）。

a.容量瓶 b.烧杯 c.玻璃棒 d.分液漏斗

(2)废铁屑表面附有铁锈，铁锈的主要成分为______，步骤③的具体实验操作有____。

(3)水解、聚合要严控pH和温度。pH偏小时Fe3+水解程度弱，pH偏大时则______。写出水解、聚合反应生成PFS的化学方程式：_________。

(4)步骤⑥相对于常压蒸发，减压蒸发的优点是_________。

(5)污水经过一级、二级处理后，还含有少量Cu2+、Hg2+、Pb2+等重金属离子，可加入沉淀剂使其沉淀。下列物质能作为沉淀剂的是_______（填标号）。

a.氨水 b.硫化氢气体 c.硫酸钠溶液 d.纯碱溶液

(6)硬度为1°的水是指每升水含10mgCaO或与之相当的物质(如7.1mgMgO)。若某天然水中c(Ca2+)=1.5×10-3mol/L，c(Mg2+)=6.4×10-4mol/L，则此水的硬度为______。

Answer 1

【答案】bc Fe2O3·nH2O或Fe2O3 蒸发浓缩，冷却结晶、过滤(洗涤) 形成氢氧化铁沉淀 mFe2(SO4)3+xmH2O[Fe2(OH)x(SO4)3-]m+H2SO4 降低蒸发温度防止产物分解 bd 12°

【解析】

黄铁矿的烧渣中主要成分为Fe2O3、FeO、SiO2，向其中加入稀硫酸，发生反应产生FeSO4、Fe2(SO4)3，SiO2不溶于水，将其过滤除去，向滤液I中加入废Fe屑，Fe2(SO4)3会发生反应产生FeSO4，过滤除去过量的铁屑，将滤液II蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤得到FeSO4·7H2O，向其中加入H2SO4、H2O2，发生氧化还原反应产生Fe2(SO4)3，然后经水解、聚合得到PFS。

(1)根据配制一定质量分数溶液的步骤确定使用的仪器；

(2)铁锈主要成分是氧化铁或氧化铁的结晶水合物；

(3)结合盐的水解规律及盐水解的酸碱性分析；

(4)根据温度与盐的稳定性及物质的沸点关系分析；

(5)除去杂质不能引入新的杂质，据此分析；

(6)根据硬度含义，把Ca2+、Mg2+的浓度转化为用物质质量表示的硬度。

(1)配制一定质量分数稀硫酸要在烧杯中进行，首先根据计算用量筒量取一定体积的浓硫酸，将其沿烧杯内部缓缓倒入盛有一定质量水的烧杯中，并用玻璃棒不断搅拌，再加入水直至前后使用的水量与计算一致时，停止加入，搅拌均匀，就得到待求质量分数的溶液。故使用的仪器，除量筒外，还需要烧杯和玻璃棒，故合理选项是bc；

(2)铁锈主要成分是氧化铁的结晶水合物或氧化铁，化学式写为Fe2O3·nH2O或Fe2O3；步骤③是从FeSO4溶液中获得的FeSO4·7H2O，具体实验操作有蒸发浓缩，冷却结晶、过滤(洗涤)；

(3)铁盐是强酸弱碱盐，在溶液中Fe3+水解使溶液显酸性，增大溶液中c(H+)，盐水解程度减小，即pH偏小时Fe3+水解程度弱，pH偏大时则水解程度增大，会形成氢氧化铁沉淀。根据题意可知Fe2(SO4)3水解、聚合反应生成PFS的化学方程式为：mFe2(SO4)3+xmH2O[Fe2(OH)x(SO4)3-]m+H2SO4。

的水解规律及盐水解的酸碱性分析；

(4)降低压强，物质的沸点降低，降低蒸发温度能够防止产物分解，所以减压蒸发比常压蒸发好；

(5)a.氨水会使金属阳离子形成沉淀，但会引入新的杂质离子NH4+，不符合题意；

b.硫化氢气体会使杂质离子形成溶解度小的CuS、HgS、PbS沉淀，然后经过滤除去，b符合题意；

c.硫酸钠溶液不能除去Cu2+，去除效果不理想，c不符合题意；

d.纯碱溶液与杂质离子反应会形成金属氢氧化物沉淀除去，d符合题意；

故合理选项是bd；

(6)c(Ca2+)=1.5×10-3mol/L，则c(Mg2+)=6.4×10-4mol/L，1L水中含有n(Ca2+)=1.5×10-3mol，n(Mg2+)=6.4×10-4mol，根据元素守恒可得m(CaO)= 1.5×10-3mol×56g/mol×1000mg/g=84mg，m(MgO)=6.4×10-4mol×40g/mol×1000mg/g=25.6mg，所以该水的硬度为=12°。