Question

1．聚合硫酸铁（PFS）是一种重要的无机高分子絮凝剂，在工业和生活污水处理等领域具有重要应用．PFS可表示成Fe_x（OH）_y（SO₄）_z（其中铁元素化合价为+3），工业上常用绿矾等原料制备，采用“一锅法”制备PFS的工艺流程如下．

（1）从上述流程判断，水洗液中可以回收的主要物质有KCl、K₂SO₄．
（2）绿矾溶液与KClO₃、KOH发生反应，其中还原剂与氧化剂的物质的量之比为6：1．
（3）下表是PFS的三种生产工艺所使用的原料．

方法	双氧水氧化法	次氯酸钠氧化法	硝酸氧化法
原料	绿矾、硫酸、双氧水	绿矾、硫酸、次氯酸钠	绿矾、硫酸、浓硝酸等

试分析“一锅法”工艺的优点是未使用硫酸，不腐蚀设备，选择表中的一种方案分析其可能的缺点双氧水法：反应放热，双氧水分解（或次氯酸钠法：产生氯气，污染环境或硝酸氧化法：产生NO₂等氮氧化物污染环境）．
（4）在PFS的多个质量指标中，盐基度是重要的质量指标之一，盐基度定义为：盐基度=$\frac{n（O{H}^{-}）}{3n（Fe）}$×100%，式中n（OH^-）、n（Fe）分别表示聚合硫酸铁中OH^-和Fe的物质的量．取7.51g某聚合硫酸铁溶解于稀盐酸，向其中加入过量的BaCl₂溶液到沉淀完全，经过滤、洗涤、干燥得白色沉淀10.48g；再向上述滤液中加入足量NH₃•H₂O，经过滤、洗涤、干燥、灼烧得Fe₂O₃固体2.80g．试计算该固体聚合硫酸铁的盐基度．

Answer 1

分析 绿矾用水溶解，再加入次氯酸钾、KOH，氯酸根离子具有氧化性，亚铁离子具有还原性，发生反应：6FeSO₄+KClO₃+12KOH═6Fe（OH）₃↓+KCl+6K₂SO₄+6H₂O，水洗、干燥得到PFS，水洗后溶液中含有KCl、K₂SO₄．
（1）水洗后溶液中含有KCl、K₂SO₄；
（2）还原剂为FeSO₄，氧化剂是KClO₃，结合反应方程式判断还原剂、氧化剂物质的量的之比；
（3）“一锅法”未使用硫酸，不腐蚀设备；双氧水法：反应放热，双氧水分解；次氯酸钠法：产生氯气，污染环境；硝酸氧化法：产生NO₂等氮氧化物污染环境；
（4）根据Fe元素守恒计算n（Fe）=2n（Fe₂O₃），白色沉淀10.48g为BaSO₄，根据n=$\frac{m}{M}$计算n（SO₄^2-），再根据电荷守恒计算n（OH^-），再根据盐基度定义式计算．

解答 解：绿矾用水溶解，再加入次氯酸钾、KOH，氯酸根离子具有氧化性，亚铁离子具有还原性，发生反应：6FeSO₄+KClO₃+12KOH═6Fe（OH）₃↓+KCl+6K₂SO₄+6H₂O，水洗、干燥得到PFS，水洗后溶液中含有KCl、K₂SO₄．
（1）水洗后溶液中含有KCl、K₂SO₄，以回收的主要物质有：KCl、K₂SO₄，
故答案为：KCl、K₂SO₄；
（2）发生反应：发生反应：6FeSO₄+KClO₃+12KOH═6Fe（OH）₃↓+KCl+6K₂SO₄+6H₂O，还原剂为FeSO₄，氧化剂是KClO₃，还原剂、氧化剂物质的量的之比为6：1，
故答案为：6：1；
（3）“一锅法”未使用硫酸，不腐蚀设备；双氧水法：反应放热，双氧水分解；次氯酸钠法：产生氯气，污染环境；硝酸氧化法：产生NO₂等氮氧化物污染环境；
故答案为：未使用硫酸，不腐蚀设备；双氧水法：反应放热，双氧水分解（或次氯酸钠法：产生氯气，污染环境或硝酸氧化法：产生NO₂等氮氧化物污染环境）；
（4）根据Fe元素守恒：n（Fe）=2n（Fe₂O₃）=$\frac{2.8g}{160g/mol}$×2=0.035 mol，
白色沉淀10.48g为BaSO₄，n（SO₄^2-）=n（BaSO₄）=$\frac{10.48g}{233g/mol}$=0.045mol，
根据电荷守恒：n（OH^-）=3×n（Fe）-2×n（SO₄^2-）=3×0.035mol-2×0.045mol=0.015mol，则盐基度=$\frac{0.015mol}{0.035mol×3}$×100%=14.29%，
答：该固体聚合硫酸铁的盐基度是14.29%．

点评 本题综合考查化学工艺流程、实验制备方案评价、化学计算等，是对学生综合能力的考查，明确反应原理是根据，难度中等．