Question

20．FeCl₃ 具有净水作用，但腐蚀设备，而聚合氯化铁是一种新型的絮凝剂，处理污水比FeCl₃ 高效，且腐蚀性小．请回答下列问题：
（1）FeCl₃ 净水的原理是Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺（用离子方程式表示，下同）．FeCl₃ 溶液腐蚀钢铁设备，除H⁺作用外，另一主要原因是（用离子方程式表示）2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；．
（2）为节约成本，工业上用NaClO₃ 氧化酸性FeCl₂ 废液得到FeCl₃．
①若酸性FeCl₂ 废液中c（Fe²⁺）=2.0×10^-2 mol•L^-1，c（Fe³⁺）=1.0×10^-3 mol•L^-1，c（Cl^-）=5.3×10^-2 mol•L^-1，则该溶液的pH约为2．
②完成NaClO₃ 氧化FeCl₂ 的离子方程式：□ClO₃^-+□Fe²⁺+□6H⁺═□Cl^-+□Fe³⁺+□3H₂O．
（3）FeCl₃ 在溶液中分三步水解：
Fe³⁺+H₂O?Fe（OH）²⁺+H⁺ K₁
Fe（OH）²⁺+H₂O?Fe（OH）₂⁺+H⁺ K₂
Fe（OH）⁺+H₂O?Fe（OH）₃+H⁺ K₃
以上水解反应的平衡常数K₁、K₂、K₃由大到小的顺序是K₁＞K₂＞K₃．通过控制条件，以上水解产物聚合，生成聚合氧化铁，离子方程式为：xFe³⁺+yH₂O═Fe_x（OH）_y^（3x-y）++yH⁺
欲使平衡正向移动可采用的方法是（填序号）bd．
a．降温  b．加水稀释 c．加入NH₄Cl   d．加入NaHCO₃
室温下，使氯化铁溶液转化为高浓度聚合氯化铁的关键条件是调节溶液的pH．
（4）天津某污水处理厂用氯化铁净化污水的结果如图所示．由图中数据得出每升污水中投放聚合氯化铁[以Fe（mg•L^-1）表示]的最佳范围约为18～20mg•L^-1．

Answer 1

分析 （1）Fe³⁺水解生成的Fe（OH）₃胶体粒子能吸附水中的悬浮杂质，可起到净水的作用；钢铁设备中的Fe会与铁离子反应生成亚铁离子；
（2）①根据电荷守恒：c（Cl^-）=2c（Fe²⁺）+3c（Fe³⁺）+c（H⁺）（酸性溶液中OH^-浓度很小，在这里可以忽略不计），据此溶液中氢离子的浓度，再根据pH=-lgc（H⁺）计算；
②氯酸钠氧化酸性的氯化亚铁，则反应物中有氢离子参加，则生成物中有水生成，Cl元素的化合价从+5价降低到-1价，得到6个电子，而Fe元素的化合价从+2价升高到+3价，失去1个电子，根据得失电子守恒，则氯酸根离子的系数为1，Fe²⁺的系数为6，则铁离子的系数也是6，氯离子的系数是1，根据电荷守恒，则氢离子的系数是6，水的系数是3；
（3）铁离子的水解分为三步，且水解程度逐渐减弱，所以水解平衡常数逐渐减小；
控制条件使平衡正向移动，水解为吸热反应，所以降温平衡逆向移动；加水稀释，则水解平衡也正向移动；加入氯化铵，氯化铵溶液为酸性，氢离子浓度增大，平衡逆向移动；加入碳酸氢钠，则消耗氢离子，平衡正向移动；从反应的离子方程式中可知，氢离子的浓度影响高浓度聚合氯化铁的生成，所以关键步骤是调节溶液的pH；
（4）由图象可知，聚合氯化铁的浓度在18～20 mg•L^-1时，去除率达到最大值，污水的浑浊度减小．

解答 解：（1）Fe³⁺水解生成的Fe（OH）₃胶体粒子能吸附水中的悬浮杂质，可起到净水的作用，反应离子方程式为：Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺；钢铁设备中的Fe会与铁离子反应生成亚铁离子，离子方程式是：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，
故答案为：Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺；2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
（2）①根据电荷守恒：c（Cl^-）=2c（Fe²⁺）+3c（Fe³⁺）+c（H⁺）（酸性溶液中OH^-浓度很小，在这里可以忽略不计），则c（H⁺）=c（Cl^-）-2c（Fe²⁺）-3c（Fe³⁺）=1.0×10^-2mol•L^-1，则溶液pH=-lg1.0×10^-2=2，
故答案为：2；
②氯酸钠氧化酸性的氯化亚铁，则反应物中有氢离子参加，则生成物中有水生成，Cl元素的化合价从+5价降低到-1价，得到6个电子，而Fe元素的化合价从+2价升高到+3价，失去1个电子，根据得失电子守恒，则氯酸根离子的系数为1，Fe²⁺的系数为6，则铁离子的系数也是6，氯离子的系数是1，根据电荷守恒，则氢离子的系数是6，水的系数是3，配平后离子方程式为：ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O，
故答案为：1；6；6H⁺；1；6；3H₂O；
（3）铁离子的水解分为三步，且水解程度逐渐减弱，所以水解平衡常数逐渐减小，则K₁＞K₂＞K₃；
控制条件使平衡正向移动，使平衡正向移动，因为水解为吸热反应，所以降温，平衡逆向移动；加水稀释，则水解平衡也正向移动；加入氯化铵，氯化铵溶液为酸性，氢离子浓度增大，平衡逆向移动；加入碳酸氢钠，则消耗氢离子，所以氢离子浓度降低，平衡正向移动，故选bd；
从反应的离子方程式中可知，氢离子的浓度影响高浓度聚合氯化铁的生成，所以关键步骤是调节溶液的pH，
故答案为：K₁＞K₂＞K₃；bd；调节溶液的pH；
（4）由图象可知，聚合氯化铁的浓度在18～20 mg•L^-1时，去除率达到最大值，污水的浑浊度减小，
故答案为：18～20．

点评 本题考查铁的化合物性质的应用、氧化还原反应方程式的配平、对图象的分析能力、平衡移动影响因素等，需要学生具备扎实的基础与灵活运用难度，难度中等．