Question

PFS是水处理中重要的絮凝剂,下图是以回收的废铁屑为原料制备PFS的一种工艺流程。

(1)酸浸槽以及聚合釜中用到的酸应是__________；PFS中铁元素的化合价为__________；在酸浸槽中,为了提高浸出率，可以采取的措施有_________（写两条）。

(2)若废铁属含有较多铁锈（Fe₂O₃·xH₂O），则酸浸时反应的化学方程式有_____________。

(3)如果反应釜中用H₂O₂作氧化剂，则反应的离子方程式为________；生产过程中，发现反应釜中产生了大量的气体，且温度明显升高，其原因可能是___________。

(4)聚合釜中溶液的pH必须控制在一定的范围内。如果溶液酸性过强，造成的后果是________。如果溶液酸性太弱又会生成大量的氢氧化铁沉淀。若溶液中Fe³⁺的浓度为1mol·L^-1，当Fe³⁺开始沉淀时，涪液的pH约为_________。［已知Fe(OH)₃的Ksp≈1.0×10^-39］。

Answer

H2SO4+3填加热、搅拌、多次浸取中的两项即可Fe2O3·xH2O+3H2SO4=Fe2(SO4)3+(3+x)H2O Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O加入的H2O2过多，自身发生了分解反应影响Fe3+与OH-的结合（合理答案均可）1

【解析】（1）絮凝剂是硫酸盐，制备时不能引入杂质，要用硫酸酸浸，根据[Fe2（OH）n（SO4）（3-n/2）]m化合价代数和为0，令Fe的化合价为x得：2x-n-6+2*n/2=0，得x=3，PFS中铁元素的化合价为+3价，在酸浸槽中,为了提高浸出率，可以采取的措施有加热、搅拌、多次浸取等；

（2）酸浸相当于碱性氧化物与酸反应，Fe2O3溶解后，铁与酸反应产生H2，方程式为Fe2O3·xH2O+3H2SO4=Fe2(SO4)3+(3+x)H2O ，Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑ ；

（3）H2O2作氧化剂，将溶液中Fe2＋ 氧化成Fe3＋ ,离子方程式为：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O，加入的H2O2过多，H2O2不稳定，受热会分解，生产过程中，发现反应釜中产生了大量的气体，且温度明显升高，其原因可能是加入的H2O2过多，自身发生了分解反应；

(4)Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋ ，酸性过强，Fe3＋水解平衡逆向移动，不利于Fe(OH)3 的生成。若溶液中Fe3+的浓度为1mol·L-1，当Fe3+开始沉淀时，溶液的pH约为所以 Ksp[Fe(OH)3]=1.0×10-39=c(Fe3＋)·c3(OH－),带入c(Fe3＋)=1mol/L,1.0×10-39=1mol·L-1·c3(OH－)，解得c(OH－)=10-13mol·L-1，则c(H＋ )=0.11mol·L-1, 所以PH=1。

点睛：探究物质的组成、性质、制备中的实验操作，答题时注重语言表达要准确，难度中等。