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，变化过程为：

写出阳极生成二聚体的电极反应式：___。

（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的优点除了F-残留率比较低之外，还有___。

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，溶液pH增大，使少量MgF2转化为Mg(OH)2，F－含量略有升高，此时溶液中的=___。（已知：Ksp(MgF2)＝8.0×10－11，Ksp[Mg(OH)2]＝5.0×10－12）

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 所得溶液接近中性 4

【解析】

(1)根据盖斯定律进行计算；

(2)①pH过小氢离子浓度大，结合氟离子，所测F-浓度偏低；
②Fe3+与柠檬酸根(C6H5O73-)的结合减少了与氟离子的结合；
(3)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，苯胺失电子生成二聚体，结合电子守恒、电荷守恒、原子守恒写出电极反应；
(4)①以MgCl2溶液、尿素[CO(NH2)2]为原料可制得MgCO3和氯化铵，原子守恒配平书写化学方程式；
②分析柱状图可知取三份相同的含F-的酸性废水，分别加入足量的MgCO3、Ca(OH)2和CaCO3，相同时间内，碳酸镁处理后氟离子含量最少，溶液pH接近7；
③Ksp(MgF2)=c(Mg2+)·c2(F-)=8.0×10-11，Ksp[Mg(OH)2]= c(Mg2+)·c2(OH -)，据此进行计算。

(1)①3H2SiF6(aq)+2Al(OH)3(s)═Al2(SiF6)3(aq)+6H2O(l)△H=a kJmol-1
②Al2(SiF6)3(aq)+6H2O(l)═2AlF3(aq)+3SiO2(s)+12HF(aq)△H=b kJmol-1
③3HF(aq)+Al(OH)3(s)═AlF3(aq)+3H2O(l)△H=c kJmol-1
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=kJ/mol。

(2)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：pH过小，H+与F-转化为弱酸HF；
②Fe3+与柠檬酸根(C6H5O73-)的结合能力强于其与F-的结合能力。
(3)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，苯胺失电子生成二聚体，结合电子守恒、电荷守恒、原子守恒写出电极反应：；
(4)①以MgCl2溶液、尿素[CO(NH2)2]为原料可制得MgCO3和氯化铵，原子守恒配平书写化学方程式：MgCl2+CO(NH2)2+2H2O═MgCO3↓+2NH4Cl；
②根据图示分析可知相同条件下，使用MgCO3处理后的废水中F-残留量最低，溶液接近中性，故答案为：所得溶液接近中性；
③Ksp(MgF2)=c(Mg2+)·c2(F-)=8.0×10-11，Ksp[Mg(OH)2]= c(Mg2+)·c2(OH -)=5×10-12，溶液中存在，MgF2(s)+2OH-(aq)=Mg(OH)2(s)+2F-(aq)，则，所以=4。