15.聚合硫酸鋁鐵[AlaFeb(OH)m(SO4n•xH2O,簡稱PFAS]是一種新型高效水處理劑,以硫鐵礦燒渣(主要成分為Fe3O4、FeO、SiO2等)和粉煤灰(主要成分為Al2O3、Fe2O3、FeO等)為主要原料制備PFAS的工藝流程如下:
回答下列問題:
(1)堿溶時(shí),Al2O3發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O,濾渣Ⅰ的主要成分為Fe2O3、FeO,對(duì)其處理方法是與硫鐵礦燒渣一起用硫酸溶解加以利用.
(2)濾液中溶質(zhì)主要是NaHCO3,酸溶Ⅰ所得溶液中的溶質(zhì)主要是Al2(SO43(填化學(xué)式).
(3)氧化時(shí)應(yīng)控制溫度不超過57℃,其原因是溫度過高,H2O2會(huì)分解.
(4)聚合硫酸鋁鐵能夠凈水的原因是聚合硫酸鋁鐵溶于電離出Fe3+、Al3+,F(xiàn)e3+、Al3+水解生成氫氧化鋁膠體和氫氧化鐵膠體,具有吸附性,酸度對(duì)凈水效果和水質(zhì)有顯著影響.若PFAS中殘留硫酸過多,使用時(shí)產(chǎn)生的不良后果是會(huì)抑制Al3+、Fe3+水解,降低絮凝效果,并且酸度過大影響水質(zhì).
(5)AlaFeb(OH)m(SO4n•xH2O中a、b、m、n間的關(guān)系為3a+3b=m+2n(用代數(shù)式表示),為了測定聚合硫酸鋁鐵的組成,進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn):
①準(zhǔn)確稱取8.810g樣品溶于150mL0.100mol•L-1稀硫酸,恰好完全反應(yīng)后,加入BaCl2溶液至沉淀完全,過濾、洗滌,干燥至恒重,得到白色固體10.485g;
②另取相同質(zhì)量的樣品,溶于過量的氫碘酸,以磁力攪拌機(jī)攪拌,充分反應(yīng)后,以0.500mol•L-1的Na2S2O3溶液滴定至淺黃色,滴入幾滴淀粉溶液,再滴定至終點(diǎn),消耗Na2S2O3溶液20.00mL.已知:I2+Na2S2O3=2NaI+Na2S4O6,聚合硫酸鋁鐵的化學(xué)式為Al2Fe(OH)3(SO43•24H2O.

分析 粉煤灰(主要成分為Al2O3、Fe2O3、FeO等),加入NaOH溶液使Al2O3溶解,其方程式為Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O,氧化鐵、氧化亞鐵和氫氧化鈉不反應(yīng),通入過量CO2,發(fā)生的反應(yīng)為CO2+NaAlO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3,再加入H2SO4時(shí),其反應(yīng)原理為2Al(OH)3+3H2SO4=Al2(SO43+6H2O,結(jié)晶得到Al2(SO43晶體.硫鐵礦燒渣(主要成分為Fe3O4、FeO、SiO2等),向硫鐵礦燒渣中加入H2SO4,其方程式為FeO+H2SO4=FeSO4+H2O,F(xiàn)e3O4+8H+=2Fe3++Fe2++4H2O,二氧化硅與硫酸不反應(yīng),加入過氧化氫氧化亞鐵鹽為鐵鹽,結(jié)晶Ⅰ結(jié)晶Ⅱ制備PFAS.
(1)加入NaOH溶液使Al2O3溶解生成偏鋁酸鈉和水,氧化鐵、氧化亞鐵和氫氧化鈉不反應(yīng),為充分利用Fe元素,將濾渣與硫鐵礦燒渣一起用硫酸溶解;
(2)通入二氧化碳后得到氫氧化鋁沉淀,濾液中主要含有碳酸氫鈉;氫氧化鋁用硫酸溶解得到酸溶Ⅰ;
(3)H2O2氧化Fe2+時(shí),溫度不能過高,其原因是溫度過高,H2O2會(huì)分解;
(4)PFAS溶于水產(chǎn)生Fe3+、Al3+,F(xiàn)e3+、Al3+水解生成氫氧化鋁膠體和氫氧化鐵膠體,具有吸附性能凈水;
因?yàn)镕e3+、Al3+水解均呈酸性,所以產(chǎn)品PFAS中硫酸殘留過多,會(huì)抑制Al3+、Fe3+水解,降低絮凝效果,并且酸度過大影響水質(zhì)
(5)根據(jù)電荷守恒可知a、b、m、n間的關(guān)系;
根據(jù)消耗的鹽酸計(jì)算n(OH-),根據(jù)與BaCl2反應(yīng)沉淀的沉淀的質(zhì)量求出n(SO42-),根據(jù)與碘離子反應(yīng)的關(guān)系求出n(Fe3+),根據(jù)電荷守恒計(jì)算n(Al3+),再根據(jù)總質(zhì)量求出水的質(zhì)量及物質(zhì)的量,根據(jù)物質(zhì)的量之比確定化學(xué)式.

解答 解:粉煤灰(主要成分為Al2O3、Fe2O3、FeO等),加入NaOH溶液使Al2O3溶解,其方程式為Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O,氧化鐵、氧化亞鐵和氫氧化鈉不反應(yīng),通入過量CO2,發(fā)生的反應(yīng)為CO2+NaAlO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3,再加入H2SO4時(shí),其反應(yīng)原理為2Al(OH)3+3H2SO4=Al2(SO43+6H2O,結(jié)晶得到Al2(SO43晶體.硫鐵礦燒渣(主要成分為Fe3O4、FeO、SiO2等),向硫鐵礦燒渣中加入H2SO4,其方程式為FeO+H2SO4=FeSO4+H2O,F(xiàn)e3O4+8H+=2Fe3++Fe2++4H2O,二氧化硅與硫酸不反應(yīng),加入過氧化氫氧化亞鐵鹽為鐵鹽,結(jié)晶Ⅰ結(jié)晶Ⅱ制備PFAS.
(1)氧化鋁為兩性氧化物,“堿溶”時(shí)Al2O3發(fā)生反應(yīng)的濾渣化學(xué)方程式為:Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O,氧化鐵、氧化亞鐵和氫氧化鈉不反應(yīng),濾渣Ⅰ的主要成分為Fe2O3、FeO,為充分利用Fe元素,將濾渣I與硫鐵礦燒渣一起用硫酸溶解加以利用,
故答案為:Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O;Fe2O3、FeO;與硫鐵礦燒渣一起用硫酸溶解加以利用;
(2)通入二氧化碳后得到氫氧化鋁沉淀,濾液中主要含有NaHCO3;氫氧化鋁用硫酸溶解得到酸溶Ⅰ的溶質(zhì)為Al2(SO43,
故答案為:NaHCO3;Al2(SO43;
(3)H2O2將Fe2+為Fe3+,“氧化”時(shí)應(yīng)控制溫度不超過57℃,其原因是溫度過高,H2O2會(huì)分解,
故答案為:溫度過高,H2O2會(huì)分解;
(4)聚合硫酸鋁鐵溶于電離出Fe3+、Al3+,F(xiàn)e3+、Al3+水解生成氫氧化鋁膠體和氫氧化鐵膠體,具有吸附性,吸附懸浮物質(zhì)而凈水;
因?yàn)镕e3+、Al3+水解均呈酸性,所以產(chǎn)品PFAS中硫酸殘留過多,會(huì)抑制Al3+、Fe3+水解,降低絮凝效果,并且酸度過大影響水質(zhì),
故答案為:聚合硫酸鋁鐵溶于電離出Fe3+、Al3+,F(xiàn)e3+、Al3+水解生成氫氧化鋁膠體和氫氧化鐵膠體,具有吸附性;會(huì)抑制Al3+、Fe3+水解,降低絮凝效果,并且酸度過大影響水質(zhì);
(5)根據(jù)電荷守恒,可知3a+3b=m+2n,
n(OH-)=2n(H2SO4)=0.15L×0.100 mol•L-1×2=0.03mol,
n(SO42-)=n(BaSO4)-n(H2SO4)=$\frac{10.485g}{233g/mol}$-0.15L×0.100 mol•L-1=0.03mol,
已知:I2+2Na2S2O3=2NaI+Na2S4O6,2Fe3++2I-=2Fe2++I2,則2Fe3+~I(xiàn)2~2Na2S2O3,
n(Fe3+)=n(Na2S2O3)=0.02L×0.500 mol•L-1=0.01mol,
在AlaFeb(OH)m(SO4n中離子所帶電荷守恒,
則n(Al3+)=$\frac{1}{3}$×(0.03mol+0.03mol×2-0.01mol×3)=0.02mol
8.810g樣品中水的質(zhì)量:m(H2O)=8.810g-0.02mol×27g•mol-1-0.01mol×56 g•mol-1-0.03mol×17 g•mol-1-0.03mol×96 g•mol-1=4.32 g,
則n(H2O)=$\frac{4.32g}{18g/mol}$=0.24mol,
所以n(Al3+):n(Fe3+):n(OH-):n(SO42-):n(H2O)=2:1:3:3:24
則硫酸鋁鐵的化學(xué)式為:Al2Fe(OH)3(SO43•24H2O;
故答案為:3a+3b=m+2n;Al2Fe(OH)3(SO43•24H2O.

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備工藝流程、物質(zhì)的組成的測定等,題目難度中等,側(cè)重于考查學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力,是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查.

練習(xí)冊(cè)系列答案
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2.氫化鈣固體是登山運(yùn)動(dòng)員常用的能源供給劑,在實(shí)驗(yàn)室中可以用金屬鈣與氫氣加熱反應(yīng)制。铝姓f法正確的是( 。
A.氫化鈣是一種強(qiáng)氧化劑
B.加熱時(shí),氫化鈣能跟干燥氧氣反應(yīng)生成水
C.氫化鈣(CaH2)是離子化合物,固體中含H-H鍵
D.可以取少量試樣滴加幾滴水,檢驗(yàn)反應(yīng)是否產(chǎn)生氫氣來區(qū)別金屬鈣與氫化鈣

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

3.相同溫度下,pH和體積均相同鹽酸和醋酸兩種溶液,它們的( 。
A.溶液中溶質(zhì)的物質(zhì)的量相等B.溶液中的c(H+)相等
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3.一定條件下,無機(jī)物可以轉(zhuǎn)化為有機(jī)物.例如,干冰與液氨反應(yīng)可生成氨基甲酸銨(NH2COONH4),氨基甲酸銨受熱可轉(zhuǎn)化為尿素[CO(NH22].新近研究發(fā)現(xiàn),海底熱液中有CO2和H2等無機(jī)物,還有可能通過非生物途徑形成的CH4等烴類.
請(qǐng)回答:
(1)干冰的結(jié)構(gòu)式O=C=O.
(2)干冰與液氨反應(yīng)生成氨基甲酸銨的化學(xué)方程式CO2+2NH3═NH2COONH4
(3)氨基甲酸銨受熱轉(zhuǎn)化為尿素的化學(xué)方程式NH2COONH4$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO(NH22+H2O.
(4)有人推測,海底熱液中CH4由CO2和H2反應(yīng)生成.從氧化還原反應(yīng)的角度說明該推測的合理性CO2中碳元素化合價(jià)為+4價(jià),具有氧化性,H2具有還原性,所以從氧化還原反應(yīng)的角度說明該推測具有一定的合理性.
(5)也有人推測,海底熱液中的CH4由海底礦物直接生成.熱液條件(如50MPa,300℃)下,礦物中
NaHCO3、Fe與H2O反應(yīng)可生成CH4的化學(xué)方程式NaHCO3+3Fe+2H2O$\frac{\underline{\;高溫高壓\;}}{\;}$CH4+NaOH+Fe3O4
(6)探究某礦物(xNa2CO3•yNaHCO3•zH2O)組成:取22.60g試樣分成兩等份后進(jìn)行實(shí)驗(yàn).一份用酒精燈加熱至恒重(270),得到固體質(zhì)量為7.95g;另一份加入足量酸,放出的氣體通入過量的澄清石灰水,得到白色沉淀10.00g.該礦物的化學(xué)式是Na2CO3•NaHCO3•2H2O(用x、y、z的最簡整數(shù)比表示).
(7)BaSO4不溶于酸,若用飽和Na2CO3溶液處理可轉(zhuǎn)化為溶于酸的BaCO3,沉淀轉(zhuǎn)化反應(yīng)的離子方程式是BaSO4+CO32-=BaCO3+SO42-

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10.已知:
CH3OCH3(g)+H2O(g)=2CH3OH(g)△H=+23.9KJ/mol
CH3OCH3(g)=CH3CH2OH(g)△H=-50.7KJ/mol
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寫出乙醇脫水生成乙烯氣體的熱化學(xué)方程式:CH3CH2OH(g)=C2H4(g)+H2O(g)△H=+45.5KJ/mol.

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20.下列物質(zhì)中,既含有離子鍵,又含有共價(jià)鍵的是( 。
A.H2OB.MgCl2C.NaOHD.CH3COOH

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7.有關(guān)原電池的下列說法中不正確的是( 。
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4.下列各組性質(zhì)比較中,正確的是( 。
①酸性:HClO4>HBrO4>HIO4
②堿性:Ba(OH)2>Mg(OH)2>B(OH)2  
③氧化性:F>Si>O   
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