Question

【题目】有效去除废水中的H2SiF6、F-，改善水质是环境部门的重要研究课题。

（1）AlF3是有机合成中常用催化剂，利用废水中的H2SiF6可转变制得，相关的热化学方程式如下：

3H2SiF6(aq)+2Al(OH)3(s)=Al2(SiF6)3(aq)+6H2O(l)；ΔH=akJ·mol-1

Al2(SiF6)3(aq)+6H2O(l)=2AlF3(aq)+3SiO2(s)+12HF(aq)；ΔH=bkJ·mol-1

3HF(aq)+Al(OH)3(s)=AlF3(aq)+3H2O(l)；ΔH=ckJ·mol-1

则反应H2SiF6(aq)+2Al(OH)3(s)=2AlF3(aq)+SiO2(s)+4H2O(l)的ΔH=__kJ·mol-1。

（2）废水的酸碱度及废水中的Fe3+对F-浓度的测定都会产生一定的影响。

①测定时，通常控制废水的pH在5～6之间。pH过小所测F-浓度偏低，其原因是__。

②Fe3+与柠檬酸根(C6F5O73-)、F-反应可表示为Fe3++nC6H5O73-Fe(C6H5O7)n(3n-3)-、Fe3++nF-FeFn(3-n)。向含有Fe3+的含氟废水中加入柠檬酸钠(C6H5O7Na3)可消除Fe3+对F-测定的干扰，其原因是__。

（3）利用聚苯胺可吸附去除水中F-。用惰性电极电解苯胺()和盐酸的混合液可在阳极获得聚苯胺薄膜，变化过程如图：

写出阳极生成二聚体的电极反应方程式：___。

（4）利用MgCO3、Ca(OH)2和CaCO3等可沉淀去除废水中F-。

①以MgCl2溶液、尿素[CO(NH2)2]为原料可制得MgCO3，写出该反应的化学方程式：__。

②取三份相同的含F-的酸性废水，分别加入足量的MgCO3、Ca(OH)2和CaCO3。相同时间后溶液的pH及F-残留量如图1所示。实际废水处理过程中常选用MgCO3的理由是：__。

③改变碳酸镁添加量，处理后废水中F-含量及溶液pH的变化如图2所示。添加量超过2.4g·L-1后，F-含量略有升高的原因是___。{Ksp(MgF2)=7.4×10-11，Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12}

Answer 1

【答案】 pH过小，H+与F-转化为弱酸HF Fe3+与柠檬酸根(C6H5O73-)的结合能力强于其与F-的结合能力 2-2e-=+2H+ MgCl2+CO(NH2)2+2H2O=MgCO3↓+2NH4Cl 相同条件下，使用MgCO3处理后的废水中F-残留量最低，溶液接近中性 碳酸镁的加入量增大后，导致溶液pH增大，使部分MgF2转化成Mg(OH)2

【解析】

(1)①3H2SiF6(aq)+2Al(OH)3(s)=Al2(SiF6)3(aq)+6H2O(l)△H=akJmol-1
②Al2(SiF6)3(aq)+6H2O(l)=2AlF3(aq)+3SiO2(s)+12HF(aq)△H=bkJmol-1
③3HF(aq)+Al(OH)3(s)=AlF3(aq)+3H2O(l)△H=ckJmol-1
根据盖斯定律计算(①+②+③×4)×得到反应H2SiF6(aq)+2Al(OH)3(s)=2AlF3(aq)+SiO2(s)+4H2O(l)的△H= kJmol-1；
(2)①pH过小，氢离子浓度过大，H+与F-转化为弱酸HF，；
②已知：Fe3++nC6H5O73-Fe(C6H5O7)(3n-3)-n、Fe3++nF-FeFn3-n，Fe3+与柠檬酸根(C6H5O73-)的结合能力强于其与F-的结合能力，向含有Fe3+的含氟废水中加入柠檬酸钠(C6H5O7Na3)可消除Fe3+对F-测定的干扰；
(3)电解池中阳极失电子发生氧化反应，苯胺失电子生成二聚体，结合电子守恒和元素守恒可得电极反应为：2-2e-=+2H+；
(4)①以MgCl2溶液、尿素[CO(NH2)2]为原料可制得MgCO3和氯化铵，根据元素守恒配平书写化学方程式为：MgCl2+CO(NH2)2+2H2O=MgCO3↓+2NH4Cl，；
②据图可知相同条件下，使用MgCO3处理后的废水中F-残留量最低，溶液接近中性，所以实际废水处理过程中常选用MgCO3；

③已知Ksp(MgF2)=7.4×10-11，Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12，二者为同种沉淀，所以氢氧化镁的溶解度要比氟化镁法溶解度稍小，碳酸镁的加入量增大后，导致溶液pH增大，使部分MgF2转化成Mg(OH)2。