Question

【題目】資源回收利用意義重大，鍍鋅廢鐵屑（表面附有鋅皮、少量鐵銹及油污）有很多用途，某工廠綜合利用鍍鋅廢鐵屑的工藝如下圖。請回答：

（1）用氫氧化鈉溶液浸泡廢鐵屑的目的是_________。

（2）下列物質中最適合充當氧化劑A的是_______（填標號）。

A． KMnO4 B． Cl2 C．H2O2 D． HNO3

（3）聚合硫酸鐵是水處理中重要的絮凝劑，聚合釜中主要發生“水解”和“聚合”兩個過程，“水解”時反應的化學方程式為__。聚合釜中溶液的pH必須控制在一定的范圍內，pH偏小Fe3+水解程度弱，pH偏大則__；相對于常壓蒸發，減壓蒸發的優點是__。

（4）納米Fe3O4，可用于改善石墨烯材料的性能。制得溶液B時加入的氧化劑A需適量，原因是_____。

（5）廢鐵屑也能用來生產納米鐵粉，納米鐵粉能夠去除地下水中的NO3-，反應的離子方程式為4Fe+NO3-+10H+=4Fe2++NH4++3H2O，研究發現，若pH偏低將會導致NO3-的去除率下降，其原因是__。相同條件下，納米鐵粉去除不同水樣中NO3-的速率有較大差異（見下圖），產生該差異的可能原因是___。

Answer 1

【答案】除去鐵屑表面的油污、溶解鋅皮 C Fe2(SO4)3+nH2O+H2SO4 形成氫氧化鐵沉淀 降低蒸發溫度防止產物分解 使溶液B中的Fe2+和Fe3+保持一定比例 納米鐵粉與H+反應生成H2 Cu或Cu2+催化納米鐵粉去除NO3-的反應（或形成的Fe-Cu原電池增大納米鐵粉去除NO3-的反應速率）

【解析】

分析流程圖，廢鐵屑粉碎、過篩后用NaOH進行堿浸，其中廢鐵屑表面的油污在堿性條件下水解，鋅的化學性質和鋁相似，也能和NaOH反應，故鋅皮溶解。過濾后得到的溶液中主要成分為偏鋅酸鈉，調節溶液pH值，生成Zn(OH)2沉淀，經一系列變化，最終得到ZnO。

過濾所得的不溶物中包括鐵屑、鐵銹等物質，用硫酸進行酸浸，可得到FeSO4和Fe2(SO4)3的混合溶液。將混合溶液分為2份，一份加入過量的氧化劑，在反應釜中將Fe2+完全氧化為Fe3+。再在聚合釜中加入水和硫酸，然后進行減壓蒸發得到聚合硫酸鐵。另一份中加入適量氧化劑，將溶液中部分Fe2+氧化為Fe3+，調節溶液pH，由題可知，溶液B中含Fe2+、Fe3+。向溶液B中加入NaOH，然后通入N2，加熱條件下，得到納米Fe3O4。據此分析。

（1）廢鐵屑表面附有鋅皮、少量鐵銹及油污，油污在堿性條件下水解，鋅可以與NaOH反應，故用NaOH溶液浸泡可除去廢鐵屑表面的油污、溶解鋅皮，答案為：除去鐵屑表面的油污、溶解鋅皮；

（2）由流程可知，氧化劑A氧化后沒有引入新的雜質，則只有H2O2作氧化劑符合條件，答案為：C；

（3）根據Fe3+的水解，可得水解反應方程式為：Fe2(SO4)3+nH2O+H2SO4；若pH偏大，則發生反應：Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓，生成Fe(OH)3沉淀。相對于常壓蒸發，減壓蒸發時可降低物質的沸點，從而降低蒸發溫度，能防止或減少熱敏物質的分解。答案為：Fe2(SO4)3+nH2O+H2SO4；形成氫氧化鐵沉淀；降低蒸發溫度防止產物分解；

（4）Fe3O4中Fe2+和Fe3+的比約為1:2，加適量氧化劑A，能使溶液B中的Fe2+和Fe3+保持一定比例；答案為：使溶液B中的Fe2+和Fe3+保持一定比例；

（5）pH偏低，則溶液中H+濃度較大，納米鐵粉會和H+反應生成H2，從而導致NO3-的去除率下降；分析題給濃度-時間圖可知，含Cu2+的水樣，其反應時間較短，在30min時，NO3-的濃度二者相等，則可知Cu或Cu2+在其中起催化作用，也可能是形成的Fe-Cu原電池增大納米鐵粉去除NO3-的反應速率；答案為：納米鐵粉與H+反應生成H2；Cu或Cu2+催化納米鐵粉去除NO3-的反應（或形成的Fe-Cu原電池增大納米鐵粉去除NO3-的反應速率）。