Question

有效去除废水中的H₂SiF₆、F^-，改善水质是环境部门的重要研究课题。

（1）AlF₃是有机合成中常用催化剂，利用废水中的H₂SiF₆可转变制得，相关的热化学方程式如下：

3H₂SiF₆(aq)+2Al(OH)₃(s)=Al₂(SiF₆)₃(aq)+6H₂O(l)；ΔH=akJ·mol^-1

Al₂(SiF₆)₃(aq)+6H₂O(l)=2AlF₃(aq)+3SiO₂(s)+12HF(aq)；ΔH=bkJ·mol^-1

3HF(aq)+Al(OH)₃(s)=AlF₃(aq)+3H₂O(l)；ΔH=ckJ·mol^-1

则反应H₂SiF₆(aq)+2Al(OH)₃(s)=2AlF₃(aq)+SiO₂(s)+4H₂O(l)的ΔH=__kJ·mol^-1。

（2）废水的酸碱度及废水中的Fe³⁺对F^-浓度的测定都会产生一定的影响。

①测定时，通常控制废水的pH在5～6之间。pH过小所测F^-浓度偏低，其原因是__。

②Fe³⁺与柠檬酸根(C₆F₅O₇^3-)、F^-反应可表示为Fe³⁺+nC₆H₅O₇^3-Fe(C₆H₅O₇)_n^(3n-3)-、Fe³⁺+nF^-FeF_n^(3-n)。向含有Fe³⁺的含氟废水中加入柠檬酸钠(C₆H₅O₇Na₃)可消除Fe³⁺对F^-测定的干扰，其原因是__。

（3）利用聚苯胺可吸附去除水中F^-。用惰性电极电解苯胺()和盐酸的混合液可在阳极获得聚苯胺薄膜，变化过程如图：

写出阳极生成二聚体的电极反应方程式：___。

（4）利用MgCO₃、Ca(OH)₂和CaCO₃等可沉淀去除废水中F^-。

①以MgCl₂溶液、尿素[CO(NH₂)₂]为原料可制得MgCO₃，写出该反应的化学方程式：__。

②取三份相同的含F^-的酸性废水，分别加入足量的MgCO₃、Ca(OH)₂和CaCO₃。相同时间后溶液的pH及F^-残留量如图1所示。实际废水处理过程中常选用MgCO₃的理由是：__。

③改变碳酸镁添加量，处理后废水中F^-含量及溶液pH的变化如图2所示。添加量超过2.4g·L^-1后，F^-含量略有升高的原因是___。{K_sp(MgF₂)=7.4×10^-11，K_sp[Mg(OH)₂]=5.6×10^-12}

Answer

pH过小，H+与F-转化为弱酸HF Fe3+与柠檬酸根(C6H5O73-)的结合能力强于其与F-的结合能力 2-2e-=+2H+ MgCl2+CO(NH2)2+2H2O=MgCO3↓+2NH4Cl 相同条件下，使用MgCO3处理后的废水中F-残留量最低，溶液接近中性 碳酸镁的加入量增大后，导致溶液pH增大，使部分MgF2转化成Mg(OH)2

【解析】

(1)①3H2SiF6(aq)+2Al(OH)3(s)=Al2(SiF6)3(aq)+6H2O(l)△H=a kJ•mol-1
②Al2(SiF6)3(aq)+6H2O(l)=2AlF3(aq)+3SiO2(s)+12HF(aq)△H=b kJ•mol-1
③3HF(aq)+Al(OH)3(s)=AlF3(aq)+3H2O(l)△H=c kJ•mol-1
根据盖斯定律计算(①+②+③×4)×得到反应H2SiF6(aq)+2Al(OH)3(s)=2AlF3(aq)+SiO2(s)+4H2O(l)的△H= kJ•mol-1；
(2)①pH过小，氢离子浓度过大，H+与F-转化为弱酸HF，；
②已知：Fe3++nC6H5O73-⇌Fe(C6H5O7)(3n-3)-n、Fe3++nF-⇌FeFn3-n，Fe3+与柠檬酸根(C6H5O73-)的结合能力强于其与F-的结合能力，向含有Fe3+的含氟废水中加入柠檬酸钠(C6H5O7Na3)可消除Fe3+对F-测定的干扰；
(3)电解池中阳极失电子发生氧化反应，苯胺失电子生成二聚体，结合电子守恒和元素守恒可得电极反应为：2-2e-=+2H+；
(4)①以MgCl2溶液、尿素[CO(NH2)2]为原料可制得MgCO3和氯化铵，根据元素守恒配平书写化学方程式为：MgCl2+CO(NH2)2+2H2O=MgCO3↓+2NH4Cl，；
②据图可知相同条件下，使用MgCO3处理后的废水中F-残留量最低，溶液接近中性，所以实际废水处理过程中常选用MgCO3；

③已知Ksp(MgF2)=7.4×10-11，Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12，二者为同种沉淀，所以氢氧化镁的溶解度要比氟化镁法溶解度稍小，碳酸镁的加入量增大后，导致溶液pH增大，使部分MgF2转化成Mg(OH)2。