Question

5．聚合硫酸铁铝（PFAS）是一种新型高效水处理剂，利用硫铁矿烧渣9主要成分为Fe₃O₄、FeO、SiO₂等）为铁源、粉煤灰（主要成分为Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO等）为铝源，制备PFAS的工艺流程如下：

（1）水是生命之源，水质优劣直接影响人体健康，天然水在净化处理过程中加入的混凝剂可以是硫酸铝、硫酸铁（填两种物质的名称），其净化作用的原理是铝盐或铁盐在水中发生水解生成相应氢氧化物胶体，它可吸附天然水中悬浮物并破坏天然水中的其他带异电的胶体，使其聚沉，达到净化目的，水的净化与铁化的区别是水的净化是用混凝剂（如明矾等）将水中胶体及悬浮物沉淀下来，而水的软化是除去水中的钙离子和镁离子；
（2）“碱溶”时，发生反应的化学方程式为Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O，“滤渣Ⅰ”成分是Fe₂O₃、FeO；
（3）“酸溶Ⅱ”时，写出产生Fe²⁺的反应的离子方程式为FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O，Fe₃O₄+8H⁺=2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O；
（4）“氧化”时应控制在比较低的温度下进行，原因是温度过高，H₂O₂会分解；
（5）“氧化”时若用ClO₂代替，发生反应的离子方程式是5Fe²⁺+ClO₂+4H⁺═5Fe³⁺+Cl^-+2H₂O．

Answer 1

分析 粉煤灰（主要成分为Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO等），加入NaOH溶液使Al₂O₃溶解，其方程式为Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O，Fe₂O₃、FeO和氢氧化钠不反应，滤液中通入过量CO₂，发生的反应为CO₂+NaAlO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+NaHCO₃；过滤，滤渣中再加入H₂SO₄时，其反应原理为2Al（OH）₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+6H₂O，结晶得到Al₂（SO₄）₃晶体；
硫铁矿烧渣（主要成分为Fe₃O₄、FeO、SiO₂等），向硫铁矿烧渣中加入H₂SO₄，其方程式为FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O，Fe₃O₄+8H⁺=2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O，二氧化硅与硫酸不反应，加入过氧化氢氧化亚铁盐为铁盐，结晶Ⅰ结晶Ⅱ制备PFAS；
（1）混凝剂是溶液中水解生成胶体的盐类，净水作用是吸附悬浮杂质使其聚沉达到净化目的；净化水是除去悬浮杂质，软化水是除去钙镁离子；
（2）加入NaOH溶液使Al₂O₃溶解生成偏铝酸钠和水；
（3）氧化亚铁与氢离子反应生成亚铁离子和水；四氧化三铁和酸反应生成铁盐、亚铁盐、水；
（4）H₂O₂氧化Fe²⁺时，温度不能过高，其原因是温度过高，H₂O₂会分解；
（5）“氧化”时若ClO₂用代替H₂O₂，发生反应是酸溶液中ClO₂氧化亚铁离子为铁离子，ClO₂被还原为氯离子．

解答 解：粉煤灰（主要成分为Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO等），加入NaOH溶液使Al₂O₃溶解，其方程式为Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O，Fe₂O₃、FeO和氢氧化钠不反应，滤液中通入过量CO₂，发生的反应为CO₂+NaAlO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+NaHCO₃；过滤，滤渣中再加入H₂SO₄时，其反应原理为2Al（OH）₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+6H₂O，结晶得到Al₂（SO₄）₃晶体；
硫铁矿烧渣（主要成分为Fe₃O₄、FeO、SiO₂等），向硫铁矿烧渣中加入H₂SO₄，其方程式为FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O，Fe₃O₄+8H⁺=2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O，二氧化硅与硫酸不反应，加入过氧化氢氧化亚铁盐为铁盐，结晶Ⅰ结晶Ⅱ制备PFAS；
（1）混凝剂是吸附水中的微小悬浮颗粒，凝聚成较大的颗粒，而快速沉降的主要作用，要具备水解生成胶体的性质，所以常有铝盐或铁盐在水中发生水解生成相应氢氧化物胶体，如明矾、硫酸铝、硫酸铁等；水的净化是除去悬浮性杂质，一般用明矾进行；水的软化是降低Ca²⁺、Mg²⁺的浓度，方法很多，有离子交换法、石灰纯碱法等，
故答案为：硫酸铝、硫酸铁；铝盐或铁盐在水中发生水解生成相应氢氧化物胶体，它可吸附天然水中悬浮物并破坏天然水中的其他带异电的胶体，使其聚沉，达到净化目的；水的净化是用混凝剂（如明矾等）将水中胶体及悬浮物沉淀下来，而水的软化是除去水中的钙离子和镁离子；
（2）氧化铝为两性氧化物，“碱溶”时，Al₂O₃发生反应的化学方程式为Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O，Fe₂O₃、FeO和氢氧化钠不反应，所以滤渣I为Fe₂O₃、FeO；
故答案为：Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O；Fe₂O₃、FeO；
（3）硫铁矿烧渣主要成分为Fe₃O₄、FeO、SiO₂等，加酸溶解时，四氧化三铁和氧化亚铁与氢离子反应，四氧化三铁中铁$\frac{1}{3}$为+2，$\frac{2}{3}$为+3，“酸溶Ⅱ”时，Fe₃O₄发生反应的离子方程式为Fe₃O₄+8H⁺=2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O，FeO与氢离子反应为：FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O；
故答案为：FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O，Fe₃O₄+8H⁺=2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O；
（4）过氧化氢氧化亚铁盐为铁盐，2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，H₂O₂氧化Fe²⁺时，“氧化”时应控制温度不超过57℃，其原因是温度不能过高，其原因是温度过高，H₂O₂会分解，
故答案为：温度过高，H₂O₂会分解；
（5）“氧化”时若ClO₂用代替H₂O₂，发生反应是酸溶液中ClO₂氧化亚铁离子为铁离子，ClO₂被还原为氯离子，反应离子方程式为5Fe²⁺+ClO₂+4H⁺═5Fe³⁺+Cl^-+2H₂O，
故答案为：5Fe²⁺+ClO₂+4H⁺═5Fe³⁺+Cl^-+2H₂O．

点评 本题考查了物质分离提纯实验方案设计，侧重于考查物质性质的理解应用、离子方程式、化学方程式书写方法、盐类水解分析应用等，注意把握氧化还原反应方程式的配平方法，题目难度中等．