Question

8．电力工业所需的钢制构件在镀锌前需要经过酸洗，其基本原理是用盐酸除去其表面的Fe₂O₃•2H₂O及FeO等杂质．回收废酸同时生产含铁产品的流程如图：
已知：i．酸洗钢制构件后得到废酸的主要成分如表所示．

成分	Cl-	游离HCl	Fe2+	Fe3+
含量g•/L-1	130-160	50-70	60-80	0

ii pH＜4时，Fe²⁺不易被氧气氧化．
（1）酸洗钢制构件时发生反应的离子方程式：2H⁺+FeO=Fe²⁺+H₂O、6H⁺+Fe₂O₃•H₂O+Fe═3Fe²⁺+4H₂O．
（2）过程II中，发生的主要反应：FeCl₂（s）十H₂SO₄（aq）?FeSO₄（s）+2HCl（ aq）．
①加入过量H₂SO₄的作用是抑制Fe²⁺水解：防止pH＞4时，Fe²⁺被氧气氧化：同时提供H⁺利于HC1气体的逸出；提供SO₄^2-利于FeSO₄固体析出（至少写出两点）．
②用化学平衡原理解释鼓入空气的目的：空气带走HCl气体，促进平衡FeCl₂（s）+H ₂SO₄（aq）?FeSO₄（s）+2HCl（aq）向正反应方向移动，有利于FeSO₄固体的析出．
（3）过程III中，FeSO₄隔绝空气焙烧得到的尾气中含有两种可用于生产硫酸的氧化物，此过程发生反应的化学方程式是2FeSO₄$\frac{\underline{\;焙烧\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑．
（4）过程IV发生反应的离子方程式是2Fe²⁺+H₂O₂+8Cl^-+2H⁺═2FeCl₄^-+2H₂O．
（5）过程V：阴离子交换树脂可将FeCl₄^-选择性吸附分离，其过程可表示为ROH+X^- $?_{脱附}^{吸附}$RX+OH^-．当树脂吸附饱和后可直接用水洗涤树脂进行脱附，同时脱附过程发生反应：FeCl₄^-?Fe³⁺+4C1^-．
①吸附后溶液酸性下降的原因是利用阴离于空换树脂进行吸附时，树脂上的OH^-被交换下来进入吸附后溶液．
②洗脱液中主要含有的溶质是FeCl₃和HC1．

Answer 1

分析 废酸为盐酸去除Fe₂O₃•2H₂O及FeO等杂质后的物质，该过程发生的反应为：2H⁺+FeO=Fe²⁺+H₂O、6H⁺+Fe₂O₃•H₂O+Fe═3Fe²⁺+4H₂O，故废酸中主要含有氯化亚铁和盐酸，
回收废酸同时生产含铁产品的流程，加热浓缩废酸，得到氯化氢气体和氯化亚铁的固液混合物，其中氯化氢溶于水可得盐酸，向氯化亚铁的固液混合物中将入过量的稀硫酸并通入空气，生成氯化氢气体和硫酸亚铁固体，灼烧发生反应：2FeSO₄$\frac{\underline{\;焙烧\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑；
向废酸中加入双氧水得到含有FeCl₄^-的溶液，反应为：2Fe²⁺+H₂O₂+8Cl^-+2H⁺═2FeCl4^-+2H₂O，树脂吸附饱和后可直接用水洗涤树脂进行脱附，洗脱液中为FeCl₃和HC1，据此分析解答．

解答 解：（1）钢制构件表面有Fe₂O₃•2H₂O及FeO等杂质，酸洗钢制构件时发生反应的离子方程式：2H⁺+FeO=Fe²⁺+H₂O、6H⁺+Fe₂O₃•H₂O+Fe═3Fe²⁺+4H₂O；
故答案为：6H⁺+Fe₂O₃•H₂O+Fe═3Fe²⁺+4H₂O；
（2）①程II中，发生的主要反应：FeCl₂（s）十H₂SO₄（aq）?FeSO₄（s）+2HCl（ aq），Fe²⁺水解，Fe²⁺+2H₂O=Fe（OH）₂+2⁺，加入过量的H₂SO₄，氢离子浓度增大，平衡正向移动，抑制Fe²⁺水解：防止pH＞4时，Fe²⁺被氧气氧化：同时提供H⁺利于HC1气体的逸出；提供SO₄^2-利于FeSO₄固体析出；
故答案为：抑制Fe²⁺水解：防止pH＞4时，Fe²⁺被氧气氧化：同时提供H⁺利于HC1气体的逸出；提供SO₄^2-利于FeSO₄固体析出；
②鼓入空气的目的是空气带走HCl气体，促进平衡FeCl₂（s）+H ₂SO₄（aq）?FeSO₄（s）+2HCl（aq）向正反应方向移动，有利于FeSO₄固体的析出；
故答案为：空气带走HCl气体，促进平衡FeCl₂（s）+H ₂SO₄（aq）?FeSO₄（s）+2HCl（aq）向正反应方向移动，有利于FeSO₄固体的析出；
（3）FeSO₄隔绝空气焙烧得到的尾气中含有两种可用于生产硫酸的氧化物，分别为二氧化硫和三氧化硫，此过程发生反应的化学方程式是：2FeSO₄$\frac{\underline{\;焙烧\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑；
故答案为：2FeSO₄$\frac{\underline{\;焙烧\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑；
（4）反应Ⅳ为向废酸中加入双氧水得到含有FeCl₄^-的溶液，亚铁离子被氧化为FeCl₄^-，过氧化氢被还原为水，离子方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+8Cl^-+2H⁺═2FeCl₄^-+2H₂O；
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+8Cl^-+2H⁺═2FeCl₄^-+2H₂O；
（5）①阴离子交换树脂对离子选择性吸附分离，其过程可表示为ROH+X^- $?_{脱附}^{吸附}$RX+OH^-，利用阴离于空换树脂进行吸附时，树脂上的OH^-被交换下来进入吸附后溶液，则附后溶液酸性下降；
故答案为：利用阴离于空换树脂进行吸附时，树脂上的OH^-被交换下来进入吸附后溶液；
②脱附过程发生反应：FeCl₄^-?Fe³⁺+4C1^-，原溶液中有盐酸，故洗脱液中主要含有的溶质是FeCl₃和HC1；
故答案为：FeCl₃和HC1．

点评 本题考查混合物分离提纯的综合应用，为高频考点，把握流程中发生的反应、混合物分离及实验技能为解答的关键，侧重分析与实验能力的考查，注意元素化合物与实验相结合的训练，综合性较强，题目难度中等．