Question

15．水處理技術(shù)在生產(chǎn)、生活中應(yīng)用廣泛．
（1）根據(jù)水中Ca²⁺、Mg²⁺的多少，把天然水分為硬水和軟水，硬水必須經(jīng)過軟化才能使用．
①硬水軟化的方法通常有熱煮沸法、藥劑法和離子交換法．離子交換樹脂使用了一段時間后，逐漸由NaR型變?yōu)镃aR₂（或MgR₂）型，而失去交換能力，把CaR₂（或MgR₂）型樹脂置于5%-8%的食鹽水中浸泡一段時間，便可再生．
②當(dāng)洗滌用水硬度較大時，洗衣粉與肥皂相比，洗衣粉洗滌效果較好，原因是肥皂易與Ca²⁺，Mg²⁺生成沉淀．
（2）下列試劑能夠用來對自來水進行殺菌消毒，且不會造成二次污染的是c（填字母）．
a．福爾馬林    b．漂白粉    c．臭氧    d．氯氣
（3）Na₂FeO₄是一種新型水處理劑，工業(yè)上可用FeSO₄制備Na₂FeO₄，其工藝流程如下：

①工業(yè)上常用硫酸亞鐵作混凝劑除去天然水中含有的懸浮物，為了達(dá)到更好的效果，要將待處理水的pH調(diào)到9左右，再加入綠礬．請解釋這一做法的原因Fe²⁺在堿性條件下易被氧化成Fe³⁺，進而水解生成Fe（OH）₃膠體，起到較好的混凝作用，4Fe²⁺+O₂+2H₂O+8OH^-═4Fe（OH）₃（膠體）．（用必要的離子方程式和文字描述）
②設(shè)每步反應(yīng)均是完全的，若制取3molNa₂FeO₄，需要NaClO固體335.25g．
③寫出第一步在酸性環(huán)境下加入H₂O₂的離子反應(yīng)方程式2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（4）若生活污水中含大量含氮化合物，通常用生物膜脫氮工藝進行處理．首先在消化細(xì)菌作用下將NH₄⁺氧化為NO₃^-，然后加入甲醇與NO₃^-反應(yīng)生成N₂．請寫出加入甲醇后反應(yīng)的離子方程式6NO₃^-+5CH₃OH═3N₂+5CO₂+7H₂O+6OH^-．

Answer 1

分析 （1）①硬水軟化的方法通常有①熱煮沸法②藥劑軟化法③蒸餾法④離子交換法⑤電滲析法⑥離子膜電解法；
用磺化煤（NaR）作離子交換劑：2NaR+Ca²⁺=CaR₂+2Na⁺，2NaR+Mg²⁺=MgR₂+2Na⁺，用5%-8%的食鹽水浸泡可使失去軟化能力的磺化煤再生：CaR₂+2Na⁺=2NaR+Ca²⁺，MgR₂+2Na⁺=2NaR+Mg²⁺；
②肥皂易與Ca²⁺，Mg²⁺生成沉淀，洗滌效果不好；
（2）對自來水進行殺菌消毒，且不會造成二次污染，只有臭氧的還原產(chǎn)物對水無污染；
（3）①將待處理水的pH調(diào)到9左右，再加入綠礬，可得到鐵離子，水解生成膠體；
②發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Na₂FeO₄；
③H₂0₂在酸性條件下能將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，H₂0₂被還原為水，據(jù)此寫出離子方程式；
（4）加入甲醇與NO₃^-反應(yīng)生成N₂，N元素的化合價降低，C元素的化合價升高，結(jié)合電子、電荷守恒來解答．

解答 解：（1）①硬水軟化的方法通常有①熱煮沸法②藥劑軟化法③蒸餾法④離子交換法⑤電滲析法⑥離子膜電解法；用磺化煤（NaR）作離子交換劑：2NaR+Ca²⁺=CaR₂+2Na⁺，2NaR+Mg²⁺=MgR₂+2Na⁺，用5%-8%的食鹽水浸泡可使失去軟化能力的磺化煤再生：CaR₂+2Na⁺=2NaR+Ca²⁺，MgR₂+2Na⁺=2NaR+Mg²⁺；
故答案為：熱煮沸法；藥劑法；5%-8%的食鹽水；
②肥皂易與Ca²⁺，Mg²⁺生成硬脂酸鈣、硬脂酸鎂沉淀，洗滌效果不好，洗衣粉不與Ca²⁺，Mg²⁺生成沉淀，洗滌效果較好，
故答案為：洗衣粉；肥皂易與Ca²⁺，Mg²⁺生成沉淀；
②福爾馬林有毒，含氯物質(zhì)可導(dǎo)致二次污染，則能夠用來對自來水進行殺菌消毒，且不會造成二次污染的只有臭氧，故答案為：c；
（3）①工業(yè)上常用硫酸亞鐵作混凝劑除去天然水中含有的懸浮物和膠體，為了達(dá)到更好的效果，要將待處理水的pH調(diào)到9左右，再加綠礬，原因：Fe²⁺在堿性條件下易被氧化成Fe³⁺，進而水解生成Fe（OH）₃膠體，起到較好的混凝作用，4Fe²⁺+O₂+2H₂O+8OH^-=4Fe（OH）₃（膠體），
故答案為：Fe²⁺在堿性條件下易被氧化成Fe³⁺，進而水解生成Fe（OH）₃膠體，起到較好的混凝作用，4Fe²⁺+O₂+2H₂O+8OH^-═4Fe（OH）₃（膠體）；
②設(shè)需要的NaClO的物質(zhì)的量為xmol，
由Fe（0H）₃制取Na₂FeO₄的化學(xué)方程式為：2Fe（OH）₃+3NaClO+4NaOH═2Na₂FeO₄+3NaCl+5H₂O，
2Fe（OH）₃+3NaClO+4NaOH═2Na₂FeO₄+3NaCl+5H₂O
             3             2
            xmol          3mol
可得$\frac{3}{x}=\frac{2}{3}$，解得x=4.5mol，
則NaClO的質(zhì)量m=nM=4.5mol×74.5g/mol=335.25g，
故答案為：335.25；
③H₂0₂在酸性條件下能將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，H₂0₂被還原為水，故離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（4）硝化細(xì)菌的作用下將NH₄⁺氧化為NO₃^-，NH₄⁺中的N元素價態(tài)由-3價變化到NO₃^-中的+5價，價態(tài)升高8，氧氣由0價變化到-2價，價態(tài)降低2，又因為氧氣為雙原子分子，所以NH₄⁺離子與臭氧的化學(xué)計量數(shù)之比為1：2，結(jié)合電荷守恒得離子方程式為：NH₄⁺+2O₂=NO₃^-+2H⁺+H₂O；
甲醇和硝酸根反應(yīng)生成氮氣、二氧化碳、水，NO₃^-中的N元素由+5價變化到氮氣中的0價，甲醇中C元素的價態(tài)由-2價變化到二氧化碳中的+4價，所以NO₃^-與甲醇的化學(xué)計量數(shù)之比為6：5，結(jié)合電荷守恒得離子方程式為：6NO₃^-+5CH₃OH═3N₂+5CO₂+7H₂O+6OH^-，
故答案為：6NO₃^-+5CH₃OH═3N₂+5CO₂+7H₂O+6OH^-．

點評 本題考查較綜合，涉及離子反應(yīng)、物質(zhì)制備實驗、氧化還原反應(yīng)等，為高頻考點，把握反應(yīng)原理為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的綜合考查，題目難度中等．