Question

[化学——选修2：化学与技术]聚合硫酸铁（PFS）是水处理中重要的絮凝剂，下图是以回收废铁屑为原料制备PFS的一种工艺流程。

回答下列问题

（1）废铁屑主要为表面附有大量铁锈的铁，铁锈的主要成分为_________。粉碎过筛的目的是_______。

（2）酸浸时最合适的酸是_____，写出铁锈与酸反应的离子方程式_____________________。

（3）反应釜中加入氧化剂的作用是_________，下列氧化剂中最合适的是____________（填标号）。

a．KMnO₄b．c．d．

（4）聚合釜中溶液的pH必须控制在一定的范围内。pH偏小时Fe³⁺水解程度弱，pH偏大时则_______。

（5）相对于常压蒸发，减压蒸发的优点是______。

（6）盐基度B是衡量絮凝剂絮凝效果的重要指标，定义式为（n为物质的量）。为测量样品的B值，取样品mg，准确加入过量盐酸，充分反应，再加入煮沸后冷却的蒸馏水，以酚酞为指示剂，用c的标准NaOH溶液进行中和滴定（部分操作略去，已排除铁离子干扰）。到终点时消耗NaOH溶液V mL。按照上述步骤做空白对照试验，消耗NaOH溶液，已知该样品中Fe的质量分数w，则B的表达式为__________。

Answer

（1）Fe2O3·xH2O 选取细小颗粒，增大反应物接触面积，提高“酸浸”反应速率（2）硫酸 Fe2O3·xH2O+6H+=2Fe3++(x+3)H2O

（3）使Fe从+2价变成+3价 c （4）pH过大，容易生成Fe（OH）3沉淀，产率降低

（5）降低蒸发温度，防止产物分解（6）

【解析】

试题分析：（1）铁锈的主要成分为Fe2O3·xH2O。粉碎过筛的目的是控制铁屑的颗粒。

（2）由于不能引入杂质，则酸浸时最合适的酸是硫酸，铁锈与酸反应的离子方程式为Fe2O3·xH2O+6H+=2Fe3++(x+3)H2O。

（3）由于溶液中含有亚铁离子，则反应釜中加入氧化剂的作用是氧化Fe2+，由于不能引入杂质，则氧化剂中最合适的是绿色氧化剂双氧水。

（4）聚合釜中溶液的pH必须控制在一定的范围内，pH偏小时水解程度弱，pH偏大时则Fe3+转化为氢氧化铁沉淀而损失，造成产率降低。

（5）相对于常压蒸发，减压蒸发的优点是可防止温度过高，聚合硫酸铁分解。

（6）做空白对照试验，消耗NaOH溶液，这说明与样品反应的盐酸的物质的量是（V0－V）c×10－3mol，所以样品中氢氧根的物质的量是（V0－V）c×10－3mol。已知该样品中Fe的质量分数w，则铁的物质的量是，因此B的表达式为＝。

【考点定位】考查化学与技术模块分析，侧重于物质制备

【名师点睛】本题考查工艺流程问题，涉及元素及其化合物的性质、环境保护、压强和沸点的关系等知识，从能力上考查了学生的阅读能力以及分析问题、处理问题、解决问题的能力。体现了化学是一门实用性学科，从而提高学生学习化学的积极性和学习的兴趣。化学反应中影响反应速率因素有：温度、浓度、催化剂、压强、固体颗粒等，粉碎的目的：增加和硫酸接触面积，加快反应速率。物质的制备中除去杂质，不能引入新杂质，因此酸浸，审清目标产物，故应选择硫酸。在工业生产中，要注意环境的保护，过氧化氢被称为“绿色氧化剂”，还原产物是水，对环境无污染。工业生产中除了提高目标产物的产量，同时还要注意节省原料，达到利益最大，不能加入原料过多，容易造成原料的浪费。本题有些难度。