Question

3．水资源与我们的生产、生活息息相关．
（1）硬水软化常用离子交换法，NaR型离子交换树脂使用一段时间后，逐渐失去交换能力，将树脂置于5%～8%的食盐水中浸泡一段时间都可再生，当洗涤用水硬度较大时，洗衣粉与肥皂相比洗涤效果更好，其原因是肥皂的主要成分是硬脂酸钠，电离出的硬脂酸根离子易与Ca2+、Mg2+
离子结合成沉淀，而主要成分为表面活性剂的洗衣粉可以避免这种情况．
（2）Na₂FeO₄是一种既能杀菌、消毒，又能净水的水处理剂，其原理是Na₂FeO₄具有强氧化性，能起到杀菌、消毒作用；高价的铁被还原成的Fe³⁺水解生成Fe（OH）₃胶体，能吸附水中杂质，Na₂FeO₄的电解制法如图所示，请写出阳极的电极反应式Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O．

（3）生活污水常含有大量的含氯化合物，可用生物膜脱氯工艺进行处理，首先在硝化细菌的作用下，将NH₄⁺氧化成NO₃^-，其原理为aNH₄⁺+bO₂=cH⁺+dNO₃^-+eH₂O，反应化学方程式b=2，该过程需要控制水温为20℃～36℃，其原因是温度过高或过低对硝化菌均有抑制作用．硝化后加入甲醇与NO₃^-生成N₃，该过程中甲醇的作用是做还原剂．
（4）锂铜废水中含有Cr₂O₇^2-，常加入Na₂S₂O₃溶液进行处理后排放，加入Na₂S₂O₃溶液之前将废水调整至较强的酸性环境，原因是酸性条件下Cr₂O₇^2-氧化性更强，有利于反应的进行．取少量处理后的水样于试管中，加入NaOH溶液产生蓝色沉淀，要使该蓝色沉淀溶解，除了加入酸之外，还可以加入氨水生成[Cu（NH₃）₄]²⁺，该反应的离子方程式为Cu（OH）₂+4NH₃•H₂O=[Cu（NH₃）₄]²⁺+4H₂O+2OH^-．

Answer 1

分析 （1）硬水软化的方法通常有①热煮沸法②药剂软化法③蒸馏法④离子交换法⑤电渗析法⑥离子膜电解法；用磺化煤（NaR）作离子交换剂：2NaR+Ca²⁺=CaR₂+2Na⁺，2NaR+Mg²⁺=MgR₂+2Na⁺，用5%-8%的食盐水浸泡可使失去软化能力的磺化煤再生：CaR₂+2Na⁺=2NaR+Ca²⁺，MgR₂+2Na⁺=2NaR+Mg²⁺；肥皂易与Ca²⁺，Mg²⁺生成沉淀，洗涤效果不好；
（2）电解时阳极发生氧化反应，电极反应方程式为Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O；Na₂FeO₄能消毒、净水的原因高价铁具有氧化性，能消毒杀菌，生成Fe³⁺形成胶体，具有吸附悬浮物的净水的作用；
（3）根据元素化合价的升降一级电子守恒来配平化学方程式；根据温度过高或过低对硝化菌均有抑制作用的知识来回答；
（4）Cr₂O₇^2-、S₂O₃^2-之间可以发生氧化还原反应，酸性环境下，氧化剂的氧化性更强，处理后的水样于试管中，加入NaOH溶液产生蓝色氢氧化铜沉淀，向该蓝色沉淀加入氨水生成[Cu（NH₃）₄]²⁺，据此书写离子方程式．

解答 解：（1）硬水软化的方法离子交换法中用磺化煤（NaR）作离子交换剂：2NaR+Ca²⁺=CaR₂+2Na⁺，2NaR+Mg²⁺=MgR₂+2Na⁺，用5%-8%的食盐水浸泡可使失去软化能力的磺化煤再生：CaR₂+2Na⁺=2NaR+Ca²⁺，MgR₂+2Na⁺=2NaR+Mg²⁺；肥皂易与Ca²⁺，Mg²⁺生成硬脂酸钙、硬脂酸镁沉淀，洗涤效果不好，洗衣粉不与Ca²⁺，Mg²⁺生成沉淀，洗涤效果较好，
故答案为：5%-8%的食盐水；肥皂的主要成分是硬脂酸钠，电离出的硬脂酸根离子易与Ca²⁺，Mg²⁺结合成沉淀，而主要成分为表面活性剂的洗衣粉可以避免这种情况；
（2）电解时阳极发生氧化反应，电极反应方程式为Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O；Na₂FeO₄能消毒、净水的原因高价铁具有氧化性，能消毒杀菌，生成Fe³⁺形成胶体，具有吸附悬浮物的净水的作用；
故答案为：Na₂FeO₄具有强氧化性，能起到杀菌、消毒作用；高价的铁被还原成的Fe³⁺水解生成Fe（OH）₃胶体，能吸附水中杂质；Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O；
（3）反应中，N元素的化合价升高了8价，O的化合价降低了4价，所以氧气的前边时系数2，根据电子守恒和元素守恒，得到NH₄⁺+2O₂=NO₃^-+2H⁺+H₂O，该过程需要控制水温为20℃～36℃，因为：温度过高或过低对硝化菌均有抑制作用，甲醇与NO₃^-生成N₃，氮元素的化合价降低了，所以甲醇中元素的化合价会升高，即甲醇做还原剂，故答案为：2；温度过高或过低对硝化菌均有抑制作用；做还原剂；
（5）Cr₂O₇^2-、S₂O₃^2-之间可以发生氧化还原反应，加入Na₂S₂O₃溶液之前将废水调整至较强的酸性环境，是因为酸性环境下，氧化剂的氧化性更强，处理后的水样于试管中，加入NaOH溶液产生蓝色氢氧化铜沉淀，向该蓝色沉淀加入氨水生成[Cu（NH₃）₄]²⁺，发生反应的离子方程式为：Cu（OH）₂+4NH₃•H₂O=[Cu（NH₃）₄]²⁺+4H₂O+2OH^-．故答案为：酸性条件下Cr₂O₇^2-氧化性更强，有利于反应的进行；Cu（OH）₂+4NH₃•H₂O=[Cu（NH₃）₄]²⁺+4H₂O+2OH^-．

点评 本题涉及电解池的工作原理以及氧化还原反应的概念的考查，注意知识的归纳和梳理是关键，难度中等．