Question

【題目】工業(yè)鍋爐內(nèi)壁的水垢，不僅浪費燃料，而且容易引發(fā)安全隱患。某碳素鋼鍋爐水垢(主要成分有CaCO3、CaSO4、Mg(OH)2、Fe2O3、SiO2等)堿煮法清除的流程如下：

已知：20℃時幾種難溶物的溶度積常數(shù)如下表(單位省略)：

回答下列問題：

(1)“堿煮”環(huán)節(jié)，加入Na3PO4的主要目的是將CaSO4轉(zhuǎn)化為Ca3(PO4)2，請寫出該離子方程式______________________。

(2)“浸泡過程中，稀鹽酸會溶解Fe2O3。溶解后的Fe2O3會加速鍋爐腐蝕，故需“還原”處理。

①鍋爐被加速腐蝕的原因是______________________；

②浸泡液還原”處理時，Sn2+轉(zhuǎn)化為Sn4+，則反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為______________________。

(3)“鈍化”處理的目的是在鍋爐表面形成Fe3O4保護(hù)膜，同時生成可直接參與大氣循環(huán)的氣體。

①反應(yīng)的離子方程式為_________________________________；

②為檢驗鍋爐“鈍化”處理后是否形成致密的保護(hù)膜，可往鍋爐內(nèi)壁刷上硫酸銅溶液。若觀察到______________________(填現(xiàn)象)，則保護(hù)膜致密性欠佳。

(4)檸檬酸(用H3R表示)可用作清除鍋爐水垢的酸洗劑，溶液中H3R、H2R－、HR2－、R3－的含量與pH的關(guān)系如圖所示。由此可推知，0.1 mol ·L－1 Na2HR溶液中各種陰離子濃度由大到小的排列順序為______________________。

(5)用如圖裝置對鍋爐用水(含Ca2+、Mg2+、HCO3－)進(jìn)行預(yù)處理，可有效防止水垢形成。電解時，Ca2+形成沉淀的電極反應(yīng)式為______________________。

Answer 1

【答案】3CaSO4+2PO43－＝Ca3(PO4)2+3SO42－ Fe+2Fe3+＝3Fe2+ 2:1 9Fe+8NO2－+4H2O＝4N2↑+3Fe3O4+8OH- 表面有紅色物質(zhì)出現(xiàn) C（HR2－）>C(R2-)>C(OH-)>C(H2R－) 2Ca2++2HCO3－+2e-=2CaCO3↓+H2↑(或2H2O++2e-=2OH-+H2↑, 2Ca2++ OH-+HCO3－=CaCO3↓+H2O)

【解析】

(1) Na3PO4 的作用是使堅硬、致密的硫酸鈣生成磷酸鈣，3CaSO4+2Na3PO4=Ca3(PO4)2+3Na2SO4，改寫成離子方程式；

(2)①Fe3+具有氧化性可以與具有還原性的鐵反應(yīng)生成亞鐵離子，會腐蝕鍋爐；

②發(fā)生了2Fe3++Sn2+=2Fe2++Sn4+反應(yīng)，根據(jù)方程式得結(jié)果；

(3) ①反應(yīng)物亞硝酸鈉和鐵，產(chǎn)物是四氧化三鐵和氮氣，寫出離子方程式；

②如果沒有形成致密的保護(hù)膜，往鍋爐內(nèi)壁刷上硫酸銅溶液則會發(fā)生反應(yīng)Fe+CuSO4=FeSO4+Cu；

(4)根據(jù)圖像分析可知HR2-濃度最大時PH<7,可得結(jié)論Na2HR溶液中HR2-的電離平衡大于水解平衡。由此推知0.1 mol ·L－1 Na2HR溶液中各種陰離子濃度由大到小的排列順序；

(5)依據(jù)電解水原理分析即可。

(1) Na3PO4的作用是使堅硬、致密的硫酸鈣生成磷酸鈣3CaSO4+2Na3PO4=Ca3(PO4)2+3Na2SO4，改寫成離子方程式；

正確答案：3CaSO4+2PO43－＝Ca3(PO4)2+3SO42－

(2)①Fe3+具有氧化性可以與具有還原性的鐵反應(yīng)生成亞鐵離子，會腐蝕鍋爐；

正確答案：Fe+2Fe3+＝3Fe2+。

②發(fā)生了2Fe3++Sn2+=2Fe2++Sn4+反應(yīng)，根據(jù)方程式得結(jié)果；

正確答案：2:1。

(3) ①反應(yīng)物亞硝酸鈉和鐵，產(chǎn)物是四氧化三鐵和氮氣，寫出離子方程式；

正確答案：9Fe+8NO2－+4H2O＝4N2↑+3Fe3O4+8OH-

②如果沒有形成致密的保護(hù)膜，往鍋爐內(nèi)壁刷上硫酸銅溶液則會發(fā)生反應(yīng)Fe+CuSO4=FeSO4+Cu；

正確答案：表面有紅色物質(zhì)出現(xiàn)。

(4) 根據(jù)圖像分析可知HR2-濃度最大時pH<7,可得結(jié)論Na2HR溶液中HR2-的電離程度大于水解程度。鹽類的水解程度和弱電解解的電離程度通常較小，溶液中的氫氧根離子來自于水的電離及鹽的水解，由此推知0.1 mol ·L－1 Na2HR溶液中各種陰離子濃度由大到小的排列順序；

正確答案：c(HR2－)>c(R2-)>c(OH-)>c(H2R－)

(5) 依據(jù)電解水原理分析，電解鍋爐水實際上就是電解水，水電離出的氫離子在陰極放電，故陰極附近氫氧根濃度偏大，與鍋爐水中的鈣鎂離子生成沉淀，與電源負(fù)極相連的極是陰極，即b極附近生成沉淀；

正確答案：2Ca2++2HCO3－+2e-=2CaCO3↓+H2↑(或2H2O++2e-=2OH-+H2↑, 2Ca2++OH-+HCO3－=CaCO3↓+H2O)