Question

15．聚合硫酸铁（PFS）是水处理中重要的絮凝剂，如图是以回收废铁屑为原料制备PFS的一种工艺流程．

回答下列问题
（1）废铁屑主要为表面附有大量铁锈的铁，铁锈的主要成分为Fe₂O₃•xH₂O．粉碎过筛的目的是选取细小颗粒，增大反应物接触面积，提高“酸浸”反应速率．
（2）酸浸时最合适的酸是硫酸，写出铁锈与酸反应的离子方程式Fe₂O₃•xH₂O+6H⁺=2Fe³⁺+（x+3）H₂O．
（3）反应釜中加入氧化剂的作用是氧化亚铁离子，下列氧化剂中最合适的是C（填标号）．
A．KMnO₄         B．Cl₂         C．H₂O₂       D．HNO₃
（4）聚合釜中溶液的pH必须控制在一定的范围内，pH偏小时Fe³⁺水解程度弱，pH偏大时则容易生成Fe（OH）₃，产率降低．
（5）相对于常压蒸发，减压蒸发的优点是可以防止温度过高，聚合硫酸铁分解．
（6）盐基度B是衡量絮凝剂絮凝效果的重要指标，定义式为B=$\frac{3n（OH）}{n（Fe）}$ （n为物质的量）．为测量样品的B值，取样品m g，准确加入过量盐酸，充分反应，再加入煮沸后冷却的蒸馏水，以酚酞为指示剂，用c mol•L^-1的标准NaOH溶液进行中和滴定（部分操作略去，已排除铁离子干扰）．到终点时消耗NaOH溶液V mL．按上述步骤做空白对照试验，消耗NaOH溶液V₀ mL，已知该样品中Fe的质量分数w，则B的表达式为$\frac{0.168c（{V}_{0}-V）}{mw}$．

Answer 1

分析 废铁屑粉粹过筛后加入酸浸，过滤得到滤液在反应釜中加入氧化剂氧化亚铁离子为铁离子，加入水和硫酸生成聚合硫酸铁，减压蒸发得到PES固体产品，
（1）铁锈的主要成分是氧化铁水合物，粉碎过筛是选取细小颗粒，增大反应物接触面积，提高“酸浸”反应速率；
（2）依据制备的物质聚合硫酸铁可知，酸化反应不能引入新的杂质，需要硫酸酸化，铁锈中氧化铁和酸反应生成铁离子和水；
（3）反应釜中加入氧化剂的作用是氧化亚铁离子为铁离子，氧化剂不引入新的杂质；
（4）铁离子易水解生成红褐色氢氧化铁胶体；
（5）减压蒸发在较低温度下可进行，防止温度过高而导致物质分解；
（6）B=$\frac{3n（OH）}{n（Fe）}$ （n为物质的量），n（OH^-）=（V₀-V）×10^-3×c mol•L^-1，n（Fe）=$\frac{mwg}{56g/mol}$=$\frac{mw}{56}$mol．

解答 解：（1）铁锈的主要成分是氧化铁水合物，化学式为：Fe₂O₃•xH₂O，粉碎过筛是选取细小颗粒，增大反应物接触面积，提高“酸浸”反应速率，
故答案为：Fe₂O₃•xH₂O；选取细小颗粒，增大反应物接触面积，提高“酸浸”反应速率；
（2）依据制备的物质聚合硫酸铁可知，酸化反应不能引入新的杂质，需要硫酸酸化，铁锈中氧化铁和酸反应生成铁离子和水，反应的离子方程式为：Fe₂O₃•xH₂O+6H⁺=2Fe³⁺+（x+3）H₂O，
故答案为：H₂SO₄；Fe₂O₃•xH₂O+6H⁺=2Fe³⁺+（x+3）H₂O；
（3）反应釜中加入氧化剂的作用是氧化亚铁离子为铁离子，氧化剂不引入新的杂质，A、B、D都会引入新的杂质，C中过氧化氢被还原生成水无杂质离子引入，故答案为：C；
（4）铁离子易水解生成红褐色氢氧化铁胶体，聚合釜中溶液的pH必须控制在一定的范围内，pH偏小时Fe³⁺水解程度弱，pH偏大时则容易生成Fe（OH）₃，产率降低，
故答案为：容易生成Fe（OH）₃，产率降低；
（5）减压蒸发在较低温度下可进行，防止常压蒸发温度过高聚合硫酸铁分解，
故答案为：可以防止温度过高，聚合硫酸铁分解；
（6）n（OH^-）=（V₀-V）×10^-3×c mol•L^-1，n（Fe）=$\frac{mwg}{56g/mol}$=$\frac{mw}{56}$mol，B=$\frac{3n（OH）}{n（Fe）}$ （n为物质的量）=3×$\frac{（{V}_{0}-V）×1{0}^{-3}L×cmol/L}{\frac{mw}{56}mol}$=$\frac{0.168c（{V}_{0}-V）}{mw}$，
故答案为：$\frac{0.168c（{V}_{0}-V）}{mw}$．

点评 本题考查了物质组成探究、物质性质的分析、试剂选择和离子反应实质的理解应用，注意信息的分析，掌握基础是解题关键，题目难度中等．