Question

【题目】锅炉水垢既会降低燃料的利用率、影响锅炉的使用寿命，还可能造成安全隐患。某锅炉水垢的主要成分有CaCO3、CaSO4、Mg(OH)2、Fe2O3，用酸洗法可除去该水垢，其基本原理如下图所示。

(1)“酸洗”时，一般不选用稀硫酸的原因是_______________________________。

(2)“不溶物”用碳酸钠溶液浸泡的目的是________________________________(用离子方程式表示)。

(3)为防止洗出液中的Fe3＋腐蚀铁质管道，常在洗出液中加入SnCl2溶液，反应中Sn2＋转化为Sn4＋，则Sn2＋与Fe3＋反应的物质的量之比为________。

(4)柠檬酸(用H3R表示)可用作酸洗剂，溶液中H3R、H2R－、HR2－、R3－的含量与pH的关系如图所示。图中a曲线所代表的微粒的百分含量随溶液pH的改变而变化的原因是_____________________(用平衡移动原理解释)。HR2－电离常数为Ka3，请根据图示信息计算出pKa3＝________(pKa3＝－lgKa3)。

(5)利用如图2所示装置对锅炉水(含Ca2＋、Mg2＋、HCO3—)进行预处理，可有效防止锅炉水垢的形成。写出电解过程中，Ca2＋形成沉淀的电极反应方程式：______________________________。

Answer 1

【答案】稀硫酸与碳酸钙反应会生成微溶物硫酸钙，覆盖在反应物表面，阻止反应进一步进行CaSO4＋CO32—CaCO3＋SO42—1∶2随溶液pH增大，平衡H3RH2R－＋H＋向右移动，故H3R的百分含量减小62Ca2＋＋2HCO3—＋2e－===2CaCO3↓＋H2↑或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－　Ca2＋＋OH－＋HCO3—==CaCO3↓＋H2O

【解析】

（1）若使用稀硫酸会生成微溶物硫酸钙，会沉在反应物的表面，使反应物不能完全反应故不能选硫酸，故答案为：稀硫酸与碳酸钙反应会生成微溶物硫酸钙，覆盖在反应物表面，阻止反应进一步进行；

（2）在水垢进行酸化之后，只有硫酸钙是不溶物，加入碳酸钠，可生成溶解度更小的碳酸钙，故答案为：CaSO4+CO32-CaCO3+SO42-；
（3）Fe3+具有氧化性可以与具有还原性的铁反应生成亚铁离子，会腐蚀铁质管道．据得失电子总数相等的原则，两摩尔的三价铁离子，变成亚铁离子，总共得到两摩尔的电子，所以一摩尔Sn2+转化为Sn4+，则Sn2＋与Fe3＋反应的物质的量之比为1:2；

（4）H3RH2R-+H随着PH值的增大，氢离子浓度会减小，平衡向右移动，所以H3R含量会减少。由坐标图可知当溶液的pH=6时，溶液中c（R3-）=c（HR2-），由电离平衡常数的表达式可得Ka3=6；故答案为：随溶液pH增大，平衡H3RH2R－＋H＋向右移动，故H3R的百分含量减小；6；

（5）电解锅炉水实际上就是电解水，水电离出的氢离子在阴极放电，故阴极附近氢氧根浓度偏大，与锅炉水中的镁离子生成沉淀，同时与溶液中的碳酸氢根离子反应生成碳酸根离子，从而与钙离子结合生成碳酸钙沉淀，故答案为：2Ca2＋＋2HCO3—＋2e－===2CaCO3↓＋H2↑或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－　Ca2＋＋OH－＋HCO3—==CaCO3↓＋H2O。