题目内容
【题目】研究含硒工业废水的处理工艺,对控制水体中硒超标具有重要意义。
(1)已知:H2SeO3为二元弱酸,Ka1(H2SeO3)=3.5×10-3,Ka2(H2SeO3)=5.0×10-8。用离子交换树脂处理含Na2SeO3浓度较高的废水时,发生的交换反应为SeO32-+2RCl=R2SeO3+2Cl- (R为离子交换树脂的树脂骨架)。经离子交换法处理后,废水的pH将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)木炭包覆纳米零价铁除硒法是一种改良的含硒废水处理方法。
①以木屑和FeCl3·6H2O为原料,在N2氛围中迅速升温至600 ℃,保持2 h,过程中木屑先转化为木炭,最终制得木炭包覆纳米零价铁。制备木炭包覆纳米零价铁过程中,木炭的作用有吸附和________________________________________。
②木炭包覆纳米零价铁在碱性废水中形成许多微电池,加速SeO32-的还原过程。SeO32-在微电池正极上转化为单质Se,其电极反应式为________。
(3) 绿锈[FeaⅡFebⅡ(OH)cXd](X代表阴离子,Ⅱ、Ⅲ表示铁元素的价态)中铁元素以结构态和游离态两种形式存在。由于结构态的双金属氢氧化物层间存在较大的空隙,形成了巨大的比表面积,同时结构态的FeⅡ还原能力优于游离态的FeⅡ,使得绿锈成为一种良好的除硒剂。
①结构态的绿锈具有优异的吸附性能,而且游离态的Fe3+还易水解生成Fe(OH)3胶体进一步吸附SeO32-。写出Fe3+水解的离子方程式:________。
②不同FeⅡ/FeⅢ组成的绿锈对SeO32-去除效果的影响结果如图1所示。随着绿锈组成中FeⅡ/FeⅢ比值的增大,绿锈的除硒效果先减小后增大的原因可能是________。
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③废水的初始pH会对绿锈去除SeO32-的效果产生影响,关系如图2所示。当初始pH增大至11时,SeO32-的去除效果突然迅速减小的原因是________。
【答案】减小 将三价铁还原为零价铁(或防止纳米零价铁被氧化) SeO32-+4e-+3H2O=Se+6OH- Fe3++3H2OFe(OH)3(胶体)+3H+ 当FeⅢ比例减小时,游离态的FeⅢ形成的Fe(OH)3胶体减少,对SeO32-的吸附作用减弱;当FeⅡ比例增大时,结构态的FeⅡ增多,对SeO32-的还原能力增强 碱性太强,大量的OH-与游离态的FeⅡ和FeⅢ分别形成Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀覆盖在绿锈表面,减少了反应活性(或碱性太强,结构态的双金属氢氧化物结构受到破坏,还原性减弱);或大量的OH-吸附在绿锈表面使其带负电荷,从而对SeO32-产生排斥作用
【解析】
(1)根据水解反应及离子交换反应中离子浓度的变化来考虑;
(2)①根据木炭的化学性质及题中信息考虑;
②根据碱性环境及生成单质Se书写电极反应;
(3)①根据阳离子水解方程式的书写方法书写;
②根据图中绿锈的除硒效果及FeⅡ/FeⅢ的浓度变化及各自的性质进行考虑;
③根据碱性增强导致氢氧根浓度增大与FeⅡ/FeⅢ对SeO32-的去除原理进行考虑;
(1)H2SeO3为二元弱酸,含Na2SeO3浓度较高的废水中发生水解:SeO32-+H2OHSeO3-+OH-,溶液呈碱性,用离子交换树脂处理含Na2SeO3浓度较高的废水时,发生的交换反应为SeO32-+2RCl=R2SeO3+2Cl-,SeO32-离子转化为Cl-导致浓度减小,水解程度降低,溶液的碱性减弱,废水的pH将减小;
(2)①以木屑和FeCl3·6H2O为原料,在N2氛围中迅速升温至600 ℃,保持2 h,过程中木屑先转化为木炭,高温下木炭还具有还原性,可以将FeCl3中+3价的铁还原为零价铁,木炭表面多孔具有吸附性,木炭将得到的纳米零价铁充分包覆,还可防止纳米零价铁被氧化,答案为:将三价铁还原为零价铁(或防止纳米零价铁被氧化);
②木炭包覆纳米零价铁在碱性废水中形成许多微电池,这些微电池负极为铁,发生氧化反应, 正极为木炭,SeO32-在微电池正极上发生还原反应,转化为单质Se,在碱性废水的环境下电极反应式为SeO32-+4e-+3H2O=Se+6OH-;
(3)①金属阳离子的水解比较复杂,一般合为一步书写,三价铁离子水解后生成的是氢氧化铁胶体,具有吸附性,Fe3+水解的离子方程式为:Fe3++3H2OFe(OH)3(胶体)+3H+
②FeⅢ形成的Fe(OH)3胶体吸附碱性废水中的SeO32-离子,FeⅡ对SeO32-进行还原,随着绿锈组成中FeⅡ/FeⅢ比值的增大,FeⅢ的比例减小,游离态的FeⅢ形成的Fe(OH)3胶体减少,对SeO32-的吸附作用减弱,绿锈的除硒效果减小;结构态的FeⅡ还原能力优于游离态的FeⅡ,但随着FeⅡ比例增大,结构态的FeⅡ增多,对SeO32-的还原能力增强,故绿锈的除硒效果又开始增大,答案为:当FeⅢ比例减小时,游离态的FeⅢ形成的Fe(OH)3胶体减少,对SeO32-的吸附作用减弱;当FeⅡ比例增大时,结构态的FeⅡ增多,对SeO32-的还原能力增强;
③当初始pH增大至11时,溶液碱性增强,溶液中OH-浓度增大,大量的OH-与游离态的FeⅡ和FeⅢ分别形成Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀覆盖在绿锈表面,减少了反应活性;由题中信息可知,绿锈中铁元素以结构态和游离态两种形式存在,结构态的双金属氢氧化物层间存在较大的空隙,形成了巨大的比表面积,使得绿锈成为一种良好的除硒剂,OH-与游离态的FeⅡ和FeⅢ分别形成Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀,结构态的双金属氢氧化物结构受到破坏,还原性减弱;另外溶液中大量的OH-吸附在绿锈表面使其带负电荷,从而对SeO32-产生排斥作用,进而影响到SeO32-的去除效果,这些都有可能导致因初始pH增大至11,SeO32-的去除效果突然迅速减小,答案为:碱性太强,大量的OH-与游离态的FeⅡ和FeⅢ分别形成Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀覆盖在绿锈表面,减少了反应活性(或碱性太强,结构态的双金属氢氧化物结构受到破坏,还原性减弱);或大量的OH-吸附在绿锈表面使其带负电荷,从而对SeO32-产生排斥作用。
【题目】某小组探究Na2SO3溶液和KIO3溶液的反应。
实验I:向某浓度的KIO3酸性溶液(过量)中加入Na2SO3溶液(含淀粉),一段时间(t秒)后,溶液突然变蓝。
资料:IO3-在酸性溶液氧化I-,反应为IO3- + 5I- + 6H+ = 3I2 + 3H2O
(1)溶液变蓝,说明Na2SO3具有_________性。
(2)针对t秒前溶液未变蓝,小组做出如下假设:
i.t秒前未生成I2,是由于反应的活化能______(填“大”或“小”),反应速率慢导致的。
ii.t秒前生成了I2,但由于存在Na2SO3,_____(用离子方程式表示),I2被消耗。
(3)下述实验证实了假设ii合理。
实验II:向实验I的蓝色溶液中加入_______,蓝色迅速消失,后再次变蓝。
(4)进一步研究Na2SO3溶液和KIO3溶液反应的过程,装置如下。
实验III:K闭合后,电流表的指针偏转情况记录如下表:
表盘 | |
| ||
时间/min | 0~t1 | t2~t3 | t4 | |
偏转 位置 | 右偏至Y | 指针回到“0”处,又返至“X”处;如此周期性往复多次…… | 指针 归零 | |
① K闭合后,取b极区溶液加入盐酸酸化的BaCl2溶液,现象是______。
② 0~t1时,从a极区取溶液于试管中,滴加淀粉溶液,溶液变蓝;直接向a极区滴加淀粉溶液,溶液未变蓝。判断IO3- 在a极放电的产物是_______。
③ 结合反应解释t2~t3时指针回到“0”处的原因:________。
(5)综合实验I、II、III,下列说法正确的是_______。
A.对比实验I、II,t秒后溶液变蓝,I中SO32-被完全氧化
B.对比实验I、III,t秒前IO3- 未发生反应
C.实验III中指针返回X处的原因,可能是I2氧化SO32-