Question

金属蚀刻加工过程中，常用盐酸对其表面氧化物进行清洗，会产生酸洗废水。 pH在1.5左右的某酸洗废水中含铁元素质量分数约3%，其他金属元素如铜、镍、锌、 铬浓度较低，工业上综合利用酸洗废水可制备三氯化铁。制备过程如下：

相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH如下表所示：

氢氧化物	Fe(OH)3	Cu(OH)2	Ni(OH)2	Zn(OH)2	Cr(OH)3	Fe(OH)2
开始沉淀的pH	1.5	4.2	7.1	5.4	4.3	7.6
沉淀完全的pH	3.7	6.7	9.2	8.0	5.6	9.6

回答下列问题：

(1)“中和”时发生反应的化学方程式为__________________，调节pH至________范围，有利于后续制备得纯度较高的产品。

(2)酸溶处理中和后的滤渣，使铁元素浸出。滤渣和工业盐酸反应时，不同反应温度下 铁浸出率随时间变化如图(a)所示，可知酸溶的最佳温度为_______________。按照不同的固液比(滤渣和工业盐酸的投入体积比)进行反应时，铁浸出率随时间变化如图(b)所示，实际生产中固液比选择1.5:1的原因是___________。

(3)氧化时，可选氯酸钠或过氧化氢为氧化剂，若100L“酸溶”所得溶液中Fe ^2＋含量为1.2mol∙L⁻¹，则需投入的氧化剂过氧化氢的质量为__________。

(4)氧化时，除可外加氧化剂外，也可采用惰性电极电解的方法，此时阴极的电极反应式为__________，电解总反应的离子方程式是 __________。

(5)将得到的FeCl₃溶液在HCl气氛中______、______、过滤、洗涤、干燥得FeCl₃∙6H₂O晶体。

Answer

Ca(OH)2+2HCl = CaCl2 + 2H2O、3Ca(OH) 2+2FeCl3 = 2Fe(OH)3↓+3CaCl2 3.7∼4.2 65℃ 固液比大则铁浸出率低，固液比小则过稀的FeCl3溶液蒸发浓缩需消耗过多的能量，提高了成本 2040g 2H++2e－ = H2↑； 2Fe2++2H+ 2Fe3++H2↑ 蒸发浓缩 冷却结晶

【解析】

酸洗废水中含有氯化铁、氯化铜、氯化镍、氯化铬等，根据图示流程可知，利用酸洗废水可制备三氯化铁的方法为：先向酸洗废水中加入熟石灰后发生反应：Ca(OH)2+2HCl=CaCl2+2H2O、3Ca(OH)2+2FeCl3=2Fe(OH)3 +3CaCl2，调节溶液pH使铁离子转化成氢氧化铁沉淀，过滤后得到含有氢氧化铁的滤渣；再经过酸溶处理中和后的滤渣，使铁元素浸出，然后加入已经氧化得到氯化铁溶液，最后在HCl气流中采用蒸发浓缩、冷却结晶的方法，然后通过过滤、洗涤、干燥得到FeCl3∙6H2O晶体。

(1)酸洗废水中含有氯化铁、氯化铜、氯化镍、氯化铬，加入熟石灰后发生反应：Ca(OH)2 + 2HCl=CaCl2+2H2O、3Ca(OH) 2+2FeCl3=2Fe(OH)3↓+3CaCl2；根据表中数据可知，pH≥3.7时铁离子完全转化成氢氧化铁沉淀，pH＜4.2时铜离子等其它离子没有形成沉淀，为了减少滤渣中杂质，需要调节溶液pH范围为3.7∼4.2；故答案为：Ca(OH)2+2HCl = CaCl2 + 2H2O、3Ca(OH) 2+2FeCl3 = 2Fe(OH)3↓+3CaCl2；3.7∼4.2。

(2)根据图(a)可知，温度为65℃时铁浸出率最高，所以酸溶的最佳温度为65℃；根据图(b)可知，固液比越大铁浸出率越低，但固液比过低时，蒸发浓缩FeCl3溶液需消耗过多的能量，提高了生生产成本，所以实际生产中固液比选择1.5:1；故答案为：65℃；固液比大则铁浸出率低，固液比小则过稀的FeCl3溶液蒸发浓缩需消耗过多的能量，提高了成本。

(3)若100L“酸溶”所得溶液中Fe2+含量为1.2 mol∙L−1，则n(Fe2+)=1.2mol∙L−1×100L=120mol，根据电子守恒，需投入的氧化剂过氧化氢的物质的量为：，质量为：34g∙mol−1×60mol=2040g；故答案为：2040g。

(4)氧化时，除可外加氧化剂外，也可采用惰性电极电解的方法，此时阴极氢离子得到电子生成氢气，阴极电极反应式为：2H++2e－ = H2↑，阳极亚铁离子失去电子生成铁离子，电解总反应为亚铁离子与氢离子反应生成铁离子和氢气，该离子方程式是：2Fe2++2H+ 2Fe3++H2↑；故答案为：2H++2e－ = H2↑；2Fe2++2H+ 2Fe3++H2↑。

(5)氯化铁加热易水解生成氢氧化铁和氯化氢，HCl易挥发，要从FeCl3溶液中得到FeCl3∙6H2O晶体，需要在HCl气流中采用蒸发浓缩、冷却结晶的方法，然后通过过滤、洗涤、干燥得到FeCl3∙6H2O晶体；故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶。