Question

11．水處理技術(shù)在生產(chǎn)、生活中應(yīng)用廣泛，對工業(yè)廢水和生活污水進(jìn)行處理是防止水體污染、改善水質(zhì)的主要措施．
（1）水的凈化和軟化的區(qū)別是水的凈化是用混凝劑將水中的膠體及懸浮物沉淀下來，而水的軟化是除去水中較多的鈣離子和鎂離子．
（2）生活用水必須保證安全，自來水廠需要對取自江河湖泊中的淡水進(jìn)行殺菌消毒、混凝沉淀、過濾等工藝處理，這三項(xiàng)處理的正確順序是混凝沉淀→過濾→殺菌消毒．
（3）高鐵酸鈉（Na₂FeO₄）是一種新型飲用水消毒劑，某研究小組的同學(xué)設(shè)計(jì)了用工業(yè)廢鐵銷（含鋼、碳、硅等）制取高鐵酸鈉的工藝流程，其中使用到X、Y、Z等含鐵化合物．
①廢鐵屑中加入碳酸鈉熱溶液的目的是清洗廢鐵屑表面的油污；
②寫出上述過程中X轉(zhuǎn)化為Y的離子方程式2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
③寫出Cl₂將Z氧化為Na₂FeO₄的化學(xué)方程式10NaOH+3Cl₂+2Fe（OH）₃═2Na₂FeO₄+6NaCl+8H₂O；
④高鐵酸鈉消毒后的還原產(chǎn)物具有凈水作用，解釋凈水原理高鐵酸鹽在殺菌消毒時，本身被還原成Fe³⁺，F(xiàn)e³⁺易水解生成Fe（OH）₃，具有膠體的性質(zhì)，可吸附水中的懸浮雜質(zhì)，而起到凈化水的作用；
⑤工業(yè)上還可用電化學(xué)法制備高鐵酸鈉：采用鐵片作陽極，濃NaOH溶液作為電解質(zhì)溶液．試寫出陽極的電極反應(yīng)式Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O．
（4）石灰軟化法是常用的硬水軟化方法，已知25℃時K_sp（CaCO₃）=2.8×10^-9，某硬水中c（CO₃^2-）為5.6×10^-5mol/L，若加入石灰使其中的CO₃^2-生成CaCO₃除去，則所需的c（OH^-）最小值為4×10^-4mol/L．

Answer 1

分析 （1）凈化除去懸浮雜質(zhì)，軟化除去水中鈣、鎂離子；
（2）取自江河湖泊中的淡水的處理順序是：先沉淀、再過濾，最后消毒處理；
（3）依據(jù)流程圖和實(shí)驗(yàn)?zāi)康姆治雠袛啵�用工業(yè)廢鐵屑（含銅、碳、硅等）制取高鐵酸鈉，其中X、Y、Z是含鐵化合物，碳酸鈉溶液水解顯堿性，洗滌廢鐵屑表面油污，油脂在堿性溶液中水解生成溶于水的物質(zhì)得到粗鐵，加入硫酸，鐵和硫酸反應(yīng)生成硫酸亞鐵，過濾得到濾渣為銅和硅，濾液為硫酸亞鐵，加入硫酸和過氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子，加入氫氧化鈉用生成氫氧化鐵沉淀，在氫氧化鈉溶液中通入氯氣生成高鐵酸鈉；
①碳酸鈉溶液水解顯堿性清除廢鐵屑表面的油污；
②X為硫酸亞鐵，Y為硫酸鐵，硫酸亞鐵加入過氧化氫和硫酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)；
③Z為氫氧化鐵，在氫氧化鈉溶液中氯氣氧化氫氧化鐵為高鐵酸鈉，依據(jù)原子守恒和氧化還原反應(yīng)電子守恒配平書寫化學(xué)方程式；
④高鐵酸鈉具有強(qiáng)氧化性能殺菌消毒，在反應(yīng)過程中被還原為鐵離子在水溶液中水解生成氫氧化鐵膠體，膠體具有吸附懸浮雜質(zhì)的作用起到凈水作用；
⑤電解時陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，鐵失電子生成高鐵酸根離子，依據(jù)電解質(zhì)溶液配平電荷守恒寫出電極反應(yīng)方程式為Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O；
（4）c（CO₃^2-）為5.6×10^-5mol/L，等體積混合后溶液中c（CO₃^2-）=2.8×10^-5mol/L，根據(jù)Ksp=c（CO₃^2-）•c（Ca²⁺）計(jì)算沉淀時混合溶液中c（Ca²⁺），進(jìn)而計(jì)算氫氧根濃度，以此來解答．

解答 解：（1）水的凈化和軟化的區(qū)別是水的凈化是用混凝劑將水中的膠體及懸浮物沉淀下來，而水的軟化是除去水中較多的鈣離子和鎂離子，
故答案為：水的凈化是用混凝劑將水中的膠體及懸浮物沉淀下來，而水的軟化是除去水中較多的鈣離子和鎂離子；
（2）生活用水必須保證安全，自來水廠需要對取自江河湖泊中的淡水進(jìn)行殺菌消毒、混凝沉淀、過濾等工藝處理，這三項(xiàng)處理的正確順序是混凝沉淀→過濾→殺菌消毒，故答案為：混凝沉淀→過濾→殺菌消毒；
（3）依據(jù)流程圖和實(shí)驗(yàn)?zāi)康姆治雠袛�，用工業(yè)廢鐵屑（含銅、碳、硅等）制取高鐵酸鈉，其中X、Y、Z是含鐵化合物，碳酸鈉溶液水解顯堿性，洗滌廢鐵屑表面油污，油脂在堿性溶液中水解生成溶于水的物質(zhì)得到粗鐵，加入硫酸，鐵和硫酸反應(yīng)生成硫酸亞鐵，過濾得到濾渣為銅和硅，濾液為硫酸亞鐵，加入硫酸和過氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子，加入氫氧化鈉用生成氫氧化鐵沉淀，在氫氧化鈉溶液中通入氯氣生成高鐵酸鈉；
①碳酸鈉溶液水解顯堿性，洗滌廢鐵屑表面油污，油脂在堿性溶液中水解生成溶于水的物質(zhì)被洗去；
故答案為：清洗廢鐵屑表面的油污；
②X為硫酸亞鐵，Y為硫酸鐵，硫酸亞鐵中加入過氧化氫在硫酸酸性溶液中發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)生成鐵離子和水，反應(yīng)的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
③Z為氫氧化鐵，在氫氧化鈉溶液中氯氣氧化氫氧化鐵為高鐵酸鈉，Cl₂將Z為氫氧化鐵氧化為Na₂FeO₄的化學(xué)方程式為：10NaOH+3Cl₂+2Fe（OH）₃═2Na₂FeO₄+6NaCl+8H₂O；
故答案為：10NaOH+3Cl₂+2Fe（OH）₃═2Na₂FeO₄+6NaCl+8H₂O；
④Na₂FeO₄能消毒、凈水的原因是高價鐵具有氧化性，能消毒殺菌，生成Fe³⁺形成膠體，具有吸附懸浮物的凈水的作用；
故答案為：高鐵酸鹽在殺菌消毒時，本身被還原成Fe³⁺，F(xiàn)e³⁺易水解生成Fe（OH）₃，具有膠體的性質(zhì)，可吸附水中的懸浮雜質(zhì)，而起到凈化水的作用；
⑤電解時陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)方程式為Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O；
故答案為：Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O；
（4）Na₂CO₃溶液的濃度為5.6×10^-5mol/L，等體積混合后溶液中c（CO₃^2-）=$\frac{1}{2}$×5.6×10^-5mol/L=2.8×10^-5mol/L，根據(jù)Ksp=c（CO₃^2-）•c（Ca²⁺）=2.8×10^-9可知，c（Ca²⁺）=1×10^-4mol/L，原溶液Ca（OH）₂溶液的最小濃度為混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍，故原溶液Ca（OH）₂溶液的最小濃度為2×1×10^-4mol/L=2×10^-4mol/L，氫氧根的最小濃度是4×10^-4mol/L，故答案為：4×10^-4mol/L．

點(diǎn)評 本題考查了物質(zhì)制備的實(shí)驗(yàn)過程分析和鐵及其化合物性質(zhì)的分析應(yīng)用，電解池原理的分析判斷，綜合性強(qiáng)，難度中等，主要考查學(xué)生分析問題的能力，是高考的熱點(diǎn)習(xí)題．