Question

【題目】金屬蝕刻加工過程中，常用鹽酸對其表面氧化物進行清洗，會產生酸洗廢水。 pH在1.5左右的某酸洗廢水中含鐵元素質量分數約3%，其他金屬元素如銅、鎳、鋅、 鉻濃度較低，工業上綜合利用酸洗廢水可制備三氯化鐵。制備過程如下：

相關金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH如下表所示：

回答下列問題：

（1）“中和”時發生反應的化學方程式為__________________，調節pH至________范圍，有利于后續制備得純度較高的產品。

（2）酸溶處理中和后的濾渣，使鐵元素浸出。濾渣和工業鹽酸反應時，不同反應溫度下 鐵浸出率隨時間變化如圖(a)所示，可知酸溶的最佳溫度為_______________。按照不同的固液比（濾渣和工業鹽酸的投入體積比）進行反應時，鐵浸出率隨時間變化如 圖(b)所示，實際生產中固液比選擇1.5:1的原因是___________。

（3）氧化時，可選氯酸鈉或過氧化氫為氧化劑，若100L“酸溶”所得溶液中Fe 2＋含量為1.2molL1，則需投入的氧化劑過氧化氫的質量為_____________。

（4）氧化時，除可外加氧化劑外，也可采用惰性電極電解的方法，此時陰極的電極反應式為____，電解總反應的離子方程式是 ___。

（5）將得到的FeCl3溶液在HCl氣氛中_________、過濾、洗滌、干燥得FeCl36H2O晶體。

Answer 1

【答案】Ca(OH)2＋2HCl=CaCl2＋2H2O、3Ca(OH)2＋2FeCl3=2Fe(OH)3＋3CaCl2 3.7<pH<4.2 65℃ 固液比大時，鐵的浸出率低，固液比小雖然浸出率高，但過稀的FeCl3溶液蒸發濃縮需消耗過多的能量，提高了成本， 2040g 2H＋＋2e－=H2↑ Fe2＋＋2H＋H2↑＋2Fe3＋ 蒸發濃縮、冷卻結晶

【解析】

（1）用鹽酸除去金屬表面氧化物，鹽酸是過量的，因此加入熟石灰發生反應Ca(OH)2＋2HCl=CaCl2＋2H2O，廢水中含鐵元素質量分數為3%，其他金屬含量較低，因此還發生3Ca(OH)2＋2FeCl3=2Fe(OH)3＋3CaCl2；根據流程圖，中和后過濾，將難溶物酸溶，以及得到產品，調節pH將Fe元素全部轉化成沉淀，其余金屬元素殘留在濾液中，因此范圍是3.7<pH<4.2；

（2）根據圖(a)當反應溫度為65℃時，鐵浸出率最高，因此酸溶的最佳溫度為65℃；根據圖像(b)可知，固液比大時，鐵的浸出率低，固液比小時雖然浸出率高，但過稀的FeCl3溶液蒸發濃縮需消耗過多的能量，提高了成本，因此實際生產中固液比選擇1.5：1；

（3）Fe2＋作還原劑，H2O2作氧化劑，根據得失電子數目守恒，n(H2O2)=n(Fe2＋)/2=100L×1.2mol·L－1/2=60mol，即m(H2O2)=60mol×34g·mol－1=2040g；

（4）氧化是Fe2＋→Fe3＋，根據電解原理，Fe2＋應在陽極上放電，陰極電極反應式為2H＋＋2e－=H2↑；陽極反應式為Fe2＋－e－=Fe3＋，因此總電極反應式為2Fe2＋＋2H＋H2↑＋2Fe3＋；

（5）FeCl3溶液易水解，因此得到FeCl3·6H2O：將FeCl3溶液在HCl氣氛中蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥。