Question

FeCl₃具有净水作用，但腐蚀设备，而聚合氯化铁是一种新型的絮凝剂，处理污水比FeCl₃高效，且腐蚀性小。请回答下列问题：

(1)FeCl₃净水的原理是______。FeCl₃溶液腐蚀钢铁设备，除H^＋作用外，另一主要原因是(用离子方程式表示)______。

(2)为节约成本，工业上用NaClO₃氧化酸性FeCl₂废液得到FeCl₃。

①若酸性FeCl₂废液中c(Fe^2＋)=2.0×10^-2mol·L^-1，c(Fe^3＋)=1.0×10^-3mol·L^-1，c(Cl^－)=5.3×10^-2mol·L^-1，则该溶液的pH约为______。

②完成NaClO₃氧化FeCl₂的离子方程式：

___+___Fe²⁺+___=___Cl⁻+___Fe³⁺+__ 

(3)FeCl₃在溶液中分三步水【解析】

Fe^3＋+H₂OFe(OH)²⁺+H^＋ K₁

Fe(OH)²⁺+H₂O+H^＋ K₂

+H₂OFe(OH)₃+H^＋ K₃

以上水解反应的平衡常数K₁、K₂、K₃由大到小的顺序是__________。

通过控制条件，以上水解产物聚合，生成聚合氧化铁，离子方程式为：xFe³⁺+yH₂OFe_x(OH)_y^(3x-y)++yH⁺，欲使平衡正向移动可采用的方法是(填序号)______。

a．降温               b．加水稀释

c．加入NH₄Cl        d．加入NaHCO₃

室温下，使氯化铁溶液转化为高浓度聚合氯化铁的关键条件是___。

(4)天津某污水处理厂用氯化铁净化污水的结果如下图所示。由图中数据得出每升污水中投放聚合氯化铁[以Fe(mg·L^-1)表示]的最佳范围约为_____mg·L^-1。

Answer

Fe3+水解生成的Fe(OH)3胶体粒子能吸附水中的悬浮杂质 2Fe3++Fe=3Fe2+ 2 1 6 6H+ 1 6 3H2O K1＞K2＞K3 bd 调节溶液的pH 18～20

【解析】

(1)Fe3+水解生成的Fe(OH)3胶体粒子能吸附水中的悬浮杂质，可起到净水的作用；钢铁设备中的Fe会与铁离子反应生成亚铁离子；

(2)①根据电荷守恒：c(Cl-)=2c(Fe2+)+3c(Fe3+)+c(H+)(酸性溶液中OH-浓度很小，在这里可以忽略不计)，据此溶液中氢离子的浓度，再根据pH=-lgc(H+)计算；

②根据氧化还原反应规律配平方程式；

(3)铁离子的水解分为三步，且水解程度逐渐减弱，所以水解平衡常数逐渐减小；根据外界条件对水解平衡的影响分析判断；

(4)由图象可知，聚合氯化铁的浓度在18～20 mg•L-1时，去除率达到最佳范围。

(1)FeCl3净水的原理是Fe3+水解生成的Fe(OH)3胶体粒子能吸附水中的悬浮杂质，FeCl3溶液腐蚀钢铁设备，除H+作用外，另一主要原因是2Fe3++Fe=3Fe2+；

(2)若酸性FeCl2废液中电荷守恒：2c(Fe2+)+3c(Fe3+)+c(H+)=c(Cl-)+c(OH-)，酸性溶液中可忽略c(OH-)，c(H+)=c(Cl-)-2c(Fe2+)-3c(Fe3+)=1.0×10-2mol/L，则该溶液的pH约为2；

②氯酸钠氧化酸性的氯化亚铁，则反应物中有氢离子参加，则生成物中有水生成，Cl元素的化合价从+5价降低到−1价，得到6个电子，而Fe元素的化合价从+2价升高到+3价，失去1个电子，根据得失电子守恒，则氯酸根离子的系数为1，Fe2+的系数为6，则铁离子的系数也是6，氯离子的系数是1，根据电荷守恒，则氢离子的系数是6，水的系数是3，配平后离子方程式为：+6Fe2++6H+=Cl-+6Fe3++3H2O；

(3)FeCl3的分步水解程度越来越小，所以K1>K2>K3；

a．盐类水解为吸热反应，降温平衡左移，故a不符合题意；

b．加水稀释促进盐类水解，故b符合题意；

c．NH4Cl 的水解抑制上述水解，故c不符合题意；

d．NaHCO3的水解促进上述水解，故d符合题意；

故欲使平衡正向移动可采用的方法是bd；

分析离子方程式：xFe3++yH2OFex(OH)y(3x-y)++yH+可知室温下，使氯化铁溶液转化为高浓度聚合氯化铁的关键条件是调节溶液的pH；

(4)由图中数据得出每升污水中投放聚合氯化铁[以Fe(mg·L-1)表示]的最佳范围约为18～20mg·L-1。