Question

12．FeCl₃具有净水作用，但腐蚀设备，而聚合氯化铁是一种新型的絮凝剂，处理污水比FeCl₃高效，且腐蚀性小．请回答下列问题：
（1）FeCl₃溶液腐蚀钢铁设备，除H⁺作用外，另一主要原因是（用离子方程式表示）：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺．
（2）为节约成本，工业上用NaClO₃氧化酸性FeCl₂废液得到FeCl₃．
①若酸性FeCl₂废液中c（Fe²⁺）=0.2mol•L^-1，c（Fe³⁺）=0.01mol•L^-1，c（Cl^-）=0.53mol•L^-1，则该溶液的pH约为1．
②完成NaClO₃氧化FeCl₂的离子方程式：ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O
（3）FeCl₃在溶液中分三步水解：
Fe³⁺+H₂O?Fe（OH）²⁺+H⁺K₁
Fe（OH）²⁺+H₂O?Fe（OH）₂⁺+H⁺K₂
Fe（OH）₂⁺+H₂O?Fe（OH）₃+H⁺K₃
①则Fe（OH）₃的沉淀溶解平衡常数K_sp用Kw（水的离子积）、K₁、K₂、K₃表示为：K_sp=$\frac{Kw3}{K1•K2•K3}$．
②通过控制条件，以上水解产物聚合，生成聚合氯化铁，离子方程式为：xFe³⁺+yH₂O?Fe_x（OH）_y^（3x-y）++yH⁺．欲使平衡正向移动可采用的方法是（填序号）bd．
a．降温    b．加水稀释    c．加入NH₄Cl    d．加入NaHCO₃
（4）扬州某污水处理厂用聚合氯化铁净化污水的结果如图所示．由图中数据得出每升污水中投放聚合氯化铁[以Fe（mg•L^-1）表示]的最佳范围约为18-20mg•L^-1．

Answer 1

分析 （1）Fe³⁺水解生成的Fe（OH）₃胶体粒子能吸附水中的悬浮杂质，可起到净水的作用，钢铁设备中的Fe会与铁离子反应生成亚铁离子；
（2）①根据电荷守恒：c（Cl^-）=2c（Fe²⁺）+3c（Fe³⁺）+c（H⁺）（酸性溶液中OH^-浓度很小，在这里可以忽略不计），据此溶液中氢离子的浓度，再根据pH=-lgc（H⁺）计算；
②氯酸钠氧化酸性的氯化亚铁，则反应物中有氢离子参加，则生成物中有水生成，Cl元素的化合价从+5价降低到-1价，得到6个电子，而Fe元素的化合价从+2价升高到+3价，失去1个电子，根据得失电子守恒，则氯酸根离子的系数为1，Fe²⁺的系数为6，则铁离子的系数也是6，氯离子的系数是1，根据电荷守恒，则氢离子的系数是6，水的系数是3；
（3）①根据平衡常数表达式来确定它们之间的关系；
②控制条件使平衡正向移动，水解为吸热反应，所以降温平衡逆向移动；加水稀释，则水解平衡也正向移动；加入氯化铵，氯化铵溶液为酸性，氢离子浓度增大，平衡逆向移动；加入碳酸氢钠，则消耗氢离子，平衡正向移动；
（4）由图象可知，聚合氯化铁的浓度在18～20 mg•L^-1时，去除率达到最大值，污水的浑浊度减小．

解答 解：（1）Fe³⁺水解生成的Fe（OH）₃胶体粒子能吸附水中的悬浮杂质，可起到净水的作用，钢铁设备中的Fe会与铁离子反应生成亚铁离子，离子方程式是：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，
故答案为：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
（2）①根据电荷守恒：c（Cl^-）=2c（Fe²⁺）+3c（Fe³⁺）+c（H⁺）（酸性溶液中OH^-浓度很小，在这里可以忽略不计），则c（H⁺）=c（Cl^-）-2c（Fe²⁺）-3c（Fe³⁺）=1.0×10^-1mol•L^-1，则溶液pH=-lg1.0×10^-1=1，
故答案为：2；
②氯酸钠氧化酸性的氯化亚铁，则反应物中有氢离子参加，则生成物中有水生成，Cl元素的化合价从+5价降低到-1价，得到6个电子，而Fe元素的化合价从+2价升高到+3价，失去1个电子，根据得失电子守恒，则氯酸根离子的系数为1，Fe²⁺的系数为6，则铁离子的系数也是6，氯离子的系数是1，根据电荷守恒，则氢离子的系数是6，水的系数是3，配平后离子方程式为：ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O，
故答案为：ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O；
（3）①化学平衡常数等于各个生成物平衡浓度系数次幂之积和各个反应物平衡浓度系数次幂之积的比值，得到常数之间的关系是K_sp=$\frac{Kw3}{K1•K2•K3}$，故答案为：K_sp=$\frac{Kw3}{K1•K2•K3}$；
②控制条件使平衡正向移动，使平衡正向移动，因为水解为吸热反应，所以降温，平衡逆向移动；加水稀释，则水解平衡也正向移动；加入氯化铵，氯化铵溶液为酸性，氢离子浓度增大，平衡逆向移动；加入碳酸氢钠，则消耗氢离子，所以氢离子浓度降低，平衡正向移动，故选bd；
故答案为：bd；
（4）由图象可知，聚合氯化铁的浓度在18～20 mg•L^-1时，去除率达到最大值，污水的浑浊度减小，
故答案为：18～20．

点评 本题考查铁的化合物性质的应用、氧化还原反应方程式的配平、对图象的分析能力、平衡移动影响因素等，需要学生具备扎实的基础与灵活运用难度，难度中等．