Question

17．钢厂酸洗废液（成分如表所示）在工业生产中还具有很多用途．

成份	浓度/（mol•L-1）	质量分数
HCl FeCl2 FeCl3	-- 1.920 0.071	5.00% 8.94% 0.33%

（1）欲检验该酸洗废液中含有的少量Fe³⁺，最宜选用的试剂是KSCN溶液；为检验其中的Fe²⁺，某同学设计了如下实验：取该酸洗废液少许加入试管中，滴入几滴酸性KMnO₄溶液后发现紫色消失．该同学得出结论：该溶液中含有Fe²⁺．大家认为该同学的实验设计不合理，理由是酸性KMnO₄溶液会氧化Cl^-，导致紫色消失，2MnO₄^-+10Cl^-+16H⁺=2Mn²⁺+5Cl₂↑+8H₂O（用必要的文字和离子方程式解释）．
（2）采用石墨作电极电解上述酸洗废液时，初始阶段，阳极板上有气泡生成，此时与该现象有关的阳极电极反应式为2Cl^--2e^-=Cl₂↑；向上述酸洗废液中加入KOH溶液中和后，在合适的电压下电解，可在阳（填“阴”或“阳”）极生成高铁酸钾（K₂FeO₄）．
（3）利用上述酸洗废液、含铝矿石（主要成分为Al₂O₃、Fe₂O₃和SiO₂）以及新制的硅酸（活化硅酸），制备聚硅酸氯化铝铁絮凝剂（简称PAFSC），具体方法如图1：

适当调高滤液A的pH，Al³⁺和Fe³⁺转化为沉淀，原因是调高溶液pH，溶液中[OH^-]增大，从而使Al（OH）₃和Fe（OH）₃的Qc大于其Ksp；（或调高溶液pH，溶液中[OH^-]增大，从而使Al（OH）₃和Fe（OH）₃的沉淀溶解平衡向沉淀方向移动）（请用沉淀溶解平衡的理论解释）．
②PAFSC絮凝剂净化水的过程中，Al³⁺参与反应的离子方程式为Al³⁺+3H₂O=Al（OH）₃（胶体）+3H⁺．
③25℃时，PAFSC的除浊效果随溶液pH的变化如图2所示（图中的NTU为浊度单位），则在下列pH范围中，PAFSC除浊效果最佳的是b（填下列序号字母）．
a．4～5      b．5～7c．7～8d．8～9
25℃时，pH＞7且随pH增大，PAFSC的除浊效果明显变差，原因是碱性增强，使胶体发生了聚沉现象．

Answer 1

分析 （1）可用KSCN检验Fe³⁺，Fe²⁺和Cl^-都可被酸性高锰酸钾氧化；
（2）采用石墨作电极电解上述酸洗废液时，初始阶段，阳极板上有气泡生成，应生成氯气，向上述酸洗废液中加入KOH溶液中和后，生成K₂FeO₄，Fe元素被氧化，应为阳极反应；
（3）含铝矿石加入酸，然后过滤可除去SiO₂，滤液中含有Al³⁺、Fe³⁺，适当调高滤液A的pH，Al³⁺和Fe³⁺转化为沉淀，然后加入酸溶解，与活化硅酸反应，并加入氢氧化钠调节pH，充分搅拌可得聚硅酸氯化铝铁絮凝剂．
①适当调高滤液A的pH，可增大溶液中[OH^-]，有利于平衡向生成沉淀的方向移动；
②PAFSC絮凝剂净化水的过程中，Al³⁺水解生成氢氧化铝胶体；
③由图象可知pH介于5～7时剩余浊度较低，除浊效果较好，pH＞7且随pH增大，PAFSC的除浊效果明显变差，说明胶体吸附能力减弱，可能发生聚沉．

解答 解：（1）可用KSCN检验Fe³⁺，Fe²⁺和Cl^-都可被酸性高锰酸钾氧化，发生2MnO₄^-+10Cl^-+16H⁺=2Mn²⁺+5Cl₂↑+8H₂O，导致紫色消失，
故答案为：KSCN；酸性KMnO₄溶液会氧化Cl^-，导致紫色消失，2MnO₄^-+10Cl^-+16H⁺=2Mn²⁺+5Cl₂↑+8H₂O；
（2）采用石墨作电极电解上述酸洗废液时，初始阶段，阳极板上有气泡生成，应生成氯气，电极方程式为2Cl^--2e^-=Cl₂↑，向上述酸洗废液中加入KOH溶液中和后，生成K₂FeO₄，Fe元素化合价升高被氧化，应为阳极反应，
故答案为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；阳；
（3）含铝矿石加入酸，然后过滤可除去SiO₂，滤液中含有Al³⁺、Fe³⁺，适当调高滤液A的pH，Al³⁺和Fe³⁺转化为沉淀，然后加入酸溶解，与活化硅酸反应，并加入氢氧化钠调节pH，充分搅拌可得聚硅酸氯化铝铁絮凝剂．
①适当调高滤液A的pH，可增大溶液中[OH^-]，Al（OH）₃和Fe（OH）₃的Qc大于其Ksp，从而使Al（OH）₃和Fe（OH）₃的沉淀溶解平衡向沉淀方向移动），
故答案为：调高溶液pH，溶液中[OH^-]增大，从而使Al（OH）₃和Fe（OH）₃的Qc大于其Ksp；（或调高溶液pH，溶液中[OH^-]增大，从而使Al（OH）₃和Fe（OH）₃的沉淀溶解平衡向沉淀方向移动）；
②PAFSC絮凝剂净化水的过程中，Al³⁺水解生成氢氧化铝胶体，离子方程式为Al³⁺+3H₂O=Al（OH）₃（胶体）+3H⁺，
故答案为：Al³⁺+3H₂O=Al（OH）₃（胶体）+3H⁺；
③由图象可知pH介于5～7时剩余浊度较低，除浊效果较好，pH＞7且随pH增大，PAFSC的除浊效果明显变差，说明胶体吸附能力减弱，可能发生聚沉，
故答案为：b；聚沉．

点评 本题综合考查物质的分离、提纯以及实验方案的设计，为高考常见题型，侧重于学生的分析能力和实验能力的考查，难度中等．