题目内容
【题目】金属蚀刻加工过程中，常用盐酸对其表面氧化物进行清洗，会产生酸洗废水。 pH在1.5左右的某酸洗废水中含铁元素质量分数约3%，其他金属元素如铜、镍、锌、 铬浓度较低，工业上综合利用酸洗废水可制备三氯化铁。制备过程如下：
相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH如下表所示：
回答下列问题：
（1）“中和”时发生反应的化学方程式为__________________，调节pH至________范围，有利于后续制备得纯度较高的产品。
（2）酸溶处理中和后的滤渣，使铁元素浸出。滤渣和工业盐酸反应时，不同反应温度下 铁浸出率随时间变化如图(a)所示，可知酸溶的最佳温度为_______________。按照不同的固液比（滤渣和工业盐酸的投入体积比）进行反应时，铁浸出率随时间变化如 图(b)所示，实际生产中固液比选择1.5:1的原因是___________。
（3）氧化时，可选氯酸钠或过氧化氢为氧化剂，若100L“酸溶”所得溶液中Fe 2＋含量为1.2molL1，则需投入的氧化剂过氧化氢的质量为_____________。
（4）氧化时，除可外加氧化剂外，也可采用惰性电极电解的方法，此时阴极的电极反应式为____，电解总反应的离子方程式是 ___。
（5）将得到的FeCl3溶液在HCl气氛中_________、过滤、洗涤、干燥得FeCl36H2O晶体。
【答案】Ca(OH)2＋2HCl=CaCl2＋2H2O、3Ca(OH)2＋2FeCl3=2Fe(OH)3＋3CaCl2 3.7<pH<4.2 65℃ 固液比大时，铁的浸出率低，固液比小虽然浸出率高，但过稀的FeCl3溶液蒸发浓缩需消耗过多的能量，提高了成本， 2040g 2H＋＋2e－=H2↑ Fe2＋＋2H＋
H2↑＋2Fe3＋ 蒸发浓缩、冷却结晶
【解析】
（1）用盐酸除去金属表面氧化物，盐酸是过量的，因此加入熟石灰发生反应Ca(OH)2＋2HCl=CaCl2＋2H2O，废水中含铁元素质量分数为3%，其他金属含量较低，因此还发生3Ca(OH)2＋2FeCl3=2Fe(OH)3＋3CaCl2；根据流程图，中和后过滤，将难溶物酸溶，以及得到产品，调节pH将Fe元素全部转化成沉淀，其余金属元素残留在滤液中，因此范围是3.7<pH<4.2；
（2）根据图(a)当反应温度为65℃时，铁浸出率最高，因此酸溶的最佳温度为65℃；根据图像(b)可知，固液比大时，铁的浸出率低，固液比小时虽然浸出率高，但过稀的FeCl3溶液蒸发浓缩需消耗过多的能量，提高了成本，因此实际生产中固液比选择1.5：1；
（3）Fe2＋作还原剂，H2O2作氧化剂，根据得失电子数目守恒，n(H2O2)=n(Fe2＋)/2=100L×1.2mol·L－1/2=60mol，即m(H2O2)=60mol×34g·mol－1=2040g；
（4）氧化是Fe2＋→Fe3＋，根据电解原理，Fe2＋应在阳极上放电，阴极电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑；阳极反应式为Fe2＋－e－=Fe3＋，因此总电极反应式为2Fe2＋＋2H＋H2↑＋2Fe3＋；
（5）FeCl3溶液易水解，因此得到FeCl3·6H2O：将FeCl3溶液在HCl气氛中蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。
