Question

17．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（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的工艺流程如图：
（1）“碱溶”时，粉煤灰发生反应的化学方程式为Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O．
（2）“酸溶Ⅱ”时，Fe₃O₄发生反应的离子方程式为Fe₃O₄+8H⁺=2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O．
（3）“滤渣Ⅰ”、“滤渣Ⅱ”在本流程中能加以利用的是滤渣Ⅰ．
（4）“氧化”时应控制温度不超过57℃，其原因是温度过高，H₂O₂会分解．
（5）“氧化”时若用MnO₂代替H₂O₂，发生反应的离子方程式是MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O．
（6）酸度对絮凝效果和水质有显著影响．PFAS中起净水作用的是氢氧化铝、氢氧化铁，若产品PFAS中残留硫酸过多，使用时产生的不良后果是硫酸抑制Al³⁺和Fe³⁺水解，降低絮凝效果，且水的酸度增大，影响水质．

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，氧化铁、氧化亚铁和氢氧化钠不反应，通入过量CO₂，发生的反应为CO₂+NaAlO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+NaHCO₃；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+H₂SO₄=FeSO₄+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）加入NaOH溶液使Al₂O₃溶解生成偏铝酸钠和水；
（2）四氧化三铁和酸反应生成铁盐、亚铁盐、水；
（3）“滤渣Ⅰ”中含有Fe₂O₃、FeO，“滤渣Ⅱ”中含有SiO₂，根据工艺流程，滤渣Ⅰ可加以利用；
（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”时若用二氧化锰代替，发生反应是二氧化锰氧化亚铁离子为铁离子，二氧化锰被还原为锰离子；
（6）PFAS溶于水，产生Fe³⁺、Al³⁺，Fe³⁺、Al³⁺水解生成氢氧化铝胶体和氢氧化铁胶体，能净水，因为Fe³⁺、Al³⁺水解均呈酸性，所以产品PFAS中硫酸残留过多，会抑制Al³⁺、Fe³⁺水解，降低絮凝效果，并且酸度过大影响水质．

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，氧化铁、氧化亚铁和氢氧化钠不反应，通入过量CO₂，发生的反应为CO₂+NaAlO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+NaHCO₃；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+H₂SO₄=FeSO₄+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2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O为铁盐，结晶Ⅰ结晶Ⅱ制备PFAS；
（1）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，
故答案为：Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O；
（2）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，
故答案为：Fe₃O₄+8H⁺=2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O；
（3）依据上述分析可知，“滤渣Ⅰ”中含有Fe₂O₃、FeO，“滤渣Ⅱ”中含有SiO₂，根据工艺流程，滤渣Ⅰ可加以利用，
故答案为：滤渣Ⅰ；
（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”时若用MnO₂代替H₂O₂，发生反应是二氧化锰氧化亚铁离子为铁离子，二氧化锰被还原为锰离子，Mn元素的化合价由+4降到+2，降低2价；Fe元素的化合价由+2升高到+3价，升高1价，最小公倍数为2；再根据质量守恒得到H₂O的系数为2，H⁺的系数为4，离子反应为：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
（6）PFAS溶于水，产生Fe³⁺、Al³⁺，Fe³⁺、Al³⁺水解生成氢氧化铝胶体和氢氧化铁胶体，能净水，酸度对絮凝效果和水质有显著影响，若产品PFAS中残留过多，使用时产生的不良后果是，因为Fe³⁺、Al³⁺水解均呈酸性，所以产品PFAS中硫酸残留过多，会抑制Al³⁺、Fe³⁺水解，降低絮凝效果，并且酸度过大影响水质；
故答案为：氢氧化铝、氢氧化铁；硫酸抑制Al³⁺和Fe³⁺水解，降低絮凝效果，且水的酸度增大，影响水质．

点评 本题考查了物质制备实验、工业流程的分析、离子方程式、化学方程式书写方法，盐类水解分析应用等，掌握基础是关键，题目难度中等．