Question

资源回收利用意义重大，镀锌废铁屑（表面附有锌皮、少量铁锈及油污）有很多用途，某工厂综合利用镀锌废铁屑的工艺如下图。请回答：

（1）用氢氧化钠溶液浸泡废铁屑的目的是_________。

（2）下列物质中最适合充当氧化剂A的是_______（填标号）。

A． KMnO₄         B． Cl₂             C．H₂O₂           D． HNO₃

（3）聚合硫酸铁是水处理中重要的絮凝剂，聚合釜中主要发生“水解”和“聚合”两个过程，“水解”时反应的化学方程式为__。聚合釜中溶液的pH必须控制在一定的范围内，pH偏小Fe³⁺水解程度弱，pH偏大则__；相对于常压蒸发，减压蒸发的优点是__。

（4）纳米Fe₃O₄，可用于改善石墨烯材料的性能。制得溶液B时加入的氧化剂A需适量，原因是_____。

（5）废铁屑也能用来生产纳米铁粉，纳米铁粉能够去除地下水中的NO₃^-，反应的离子方程式为4Fe+NO₃^-+10H⁺=4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O，研究发现，若pH偏低将会导致NO₃^-的去除率下降，其原因是__。相同条件下，纳米铁粉去除不同水样中NO₃^-的速率有较大差异（见下图），产生该差异的可能原因是___。

Answer

除去铁屑表面的油污、溶解锌皮 C Fe2(SO4)3+nH2O⇌+H2SO4 形成氢氧化铁沉淀 降低蒸发温度防止产物分解 使溶液B中的Fe2+和Fe3+保持一定比例 纳米铁粉与H+反应生成H2 Cu或Cu2+催化纳米铁粉去除NO3-的反应（或形成的Fe-Cu原电池增大纳米铁粉去除NO3-的反应速率）

【解析】

分析流程图，废铁屑粉碎、过筛后用NaOH进行碱浸，其中废铁屑表面的油污在碱性条件下水解，锌的化学性质和铝相似，也能和NaOH反应，故锌皮溶解。过滤后得到的溶液中主要成分为偏锌酸钠，调节溶液pH值，生成Zn(OH)2沉淀，经一系列变化，最终得到ZnO。

过滤所得的不溶物中包括铁屑、铁锈等物质，用硫酸进行酸浸，可得到FeSO4和Fe2(SO4)3的混合溶液。将混合溶液分为2份，一份加入过量的氧化剂，在反应釜中将Fe2+完全氧化为Fe3+。再在聚合釜中加入水和硫酸，然后进行减压蒸发得到聚合硫酸铁。另一份中加入适量氧化剂，将溶液中部分Fe2+氧化为Fe3+，调节溶液pH，由题可知，溶液B中含Fe2+、Fe3+。向溶液B中加入NaOH，然后通入N2，加热条件下，得到纳米Fe3O4。据此分析。

（1）废铁屑表面附有锌皮、少量铁锈及油污，油污在碱性条件下水解，锌可以与NaOH反应，故用NaOH溶液浸泡可除去废铁屑表面的油污、溶解锌皮，答案为：除去铁屑表面的油污、溶解锌皮；

（2）由流程可知，氧化剂A氧化后没有引入新的杂质，则只有H2O2作氧化剂符合条件，答案为：C；

（3）根据Fe3+的水解，可得水解反应方程式为：Fe2(SO4)3+nH2O⇌+H2SO4；若pH偏大，则发生反应：Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓，生成Fe(OH)3沉淀。相对于常压蒸发，减压蒸发时可降低物质的沸点，从而降低蒸发温度，能防止或减少热敏物质的分解。答案为：Fe2(SO4)3+nH2O⇌+H2SO4；形成氢氧化铁沉淀；降低蒸发温度防止产物分解；

（4）Fe3O4中Fe2+和Fe3+的比约为1:2，加适量氧化剂A，能使溶液B中的Fe2+和Fe3+保持一定比例；答案为：使溶液B中的Fe2+和Fe3+保持一定比例；

（5）pH偏低，则溶液中H+浓度较大，纳米铁粉会和H+反应生成H2，从而导致NO3-的去除率下降；分析题给浓度-时间图可知，含Cu2+的水样，其反应时间较短，在30min时，NO3-的浓度二者相等，则可知Cu或Cu2+在其中起催化作用，也可能是形成的Fe-Cu原电池增大纳米铁粉去除NO3-的反应速率；答案为：纳米铁粉与H+反应生成H2；Cu或Cu2+催化纳米铁粉去除NO3-的反应（或形成的Fe-Cu原电池增大纳米铁粉去除NO3-的反应速率）。