Question

【題目】有效去除廢水中的H2SiF6、F-，改善水質是環境部門的重要研究課題。

（1）AlF3是有機合成中常用催化劑，利用廢水中的H2SiF6可轉變制得，相關的熱化學方程式如下：

3H2SiF6(aq)+2Al(OH)3(s)=Al2(SiF6)3(aq)+6H2O(l)；ΔH=akJ·mol-1

Al2(SiF6)3(aq)+6H2O(l)=2AlF3(aq)+3SiO2(s)+12HF(aq)；ΔH=bkJ·mol-1

3HF(aq)+Al(OH)3(s)=AlF3(aq)+3H2O(l)；ΔH=ckJ·mol-1

則反應H2SiF6(aq)+2Al(OH)3(s)=2AlF3(aq)+SiO2(s)+4H2O(l)的ΔH=__kJ·mol-1。

（2）廢水的酸堿度及廢水中的Fe3+對F-濃度的測定都會產生一定的影響。

①測定時，通常控制廢水的pH在5～6之間。pH過小所測F-濃度偏低，其原因是__。

②Fe3+與檸檬酸根(C6F5O73-)、F-反應可表示為Fe3++nC6H5O73-Fe(C6H5O7)n(3n-3)-、Fe3++nF-FeFn(3-n)。向含有Fe3+的含氟廢水中加入檸檬酸鈉(C6H5O7Na3)可消除Fe3+對F-測定的干擾，其原因是__。

（3）利用聚苯胺可吸附去除水中F-。用惰性電極電解苯胺()和鹽酸的混合液可在陽極獲得聚苯胺薄膜，變化過程如圖：

寫出陽極生成二聚體的電極反應方程式：___。

（4）利用MgCO3、Ca(OH)2和CaCO3等可沉淀去除廢水中F-。

①以MgCl2溶液、尿素[CO(NH2)2]為原料可制得MgCO3，寫出該反應的化學方程式：__。

②取三份相同的含F-的酸性廢水，分別加入足量的MgCO3、Ca(OH)2和CaCO3。相同時間后溶液的pH及F-殘留量如圖1所示。實際廢水處理過程中常選用MgCO3的理由是：__。

③改變碳酸鎂添加量，處理后廢水中F-含量及溶液pH的變化如圖2所示。添加量超過2.4g·L-1后，F-含量略有升高的原因是___。{Ksp(MgF2)=7.4×10-11，Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12}

Answer 1

【答案】 pH過小，H+與F-轉化為弱酸HF Fe3+與檸檬酸根(C6H5O73-)的結合能力強于其與F-的結合能力 2-2e-=+2H+ MgCl2+CO(NH2)2+2H2O=MgCO3↓+2NH4Cl 相同條件下，使用MgCO3處理后的廢水中F-殘留量最低，溶液接近中性 碳酸鎂的加入量增大后，導致溶液pH增大，使部分MgF2轉化成Mg(OH)2

【解析】

(1)①3H2SiF6(aq)+2Al(OH)3(s)=Al2(SiF6)3(aq)+6H2O(l)△H=akJmol-1
②Al2(SiF6)3(aq)+6H2O(l)=2AlF3(aq)+3SiO2(s)+12HF(aq)△H=bkJmol-1
③3HF(aq)+Al(OH)3(s)=AlF3(aq)+3H2O(l)△H=ckJmol-1
根據蓋斯定律計算(①+②+③×4)×得到反應H2SiF6(aq)+2Al(OH)3(s)=2AlF3(aq)+SiO2(s)+4H2O(l)的△H= kJmol-1；
(2)①pH過小，氫離子濃度過大，H+與F-轉化為弱酸HF，；
②已知：Fe3++nC6H5O73-Fe(C6H5O7)(3n-3)-n、Fe3++nF-FeFn3-n，Fe3+與檸檬酸根(C6H5O73-)的結合能力強于其與F-的結合能力，向含有Fe3+的含氟廢水中加入檸檬酸鈉(C6H5O7Na3)可消除Fe3+對F-測定的干擾；
(3)電解池中陽極失電子發生氧化反應，苯胺失電子生成二聚體，結合電子守恒和元素守恒可得電極反應為：2-2e-=+2H+；
(4)①以MgCl2溶液、尿素[CO(NH2)2]為原料可制得MgCO3和氯化銨，根據元素守恒配平書寫化學方程式為：MgCl2+CO(NH2)2+2H2O=MgCO3↓+2NH4Cl，；
②據圖可知相同條件下，使用MgCO3處理后的廢水中F-殘留量最低，溶液接近中性，所以實際廢水處理過程中常選用MgCO3；

③已知Ksp(MgF2)=7.4×10-11，Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12，二者為同種沉淀，所以氫氧化鎂的溶解度要比氟化鎂法溶解度稍小，碳酸鎂的加入量增大后，導致溶液pH增大，使部分MgF2轉化成Mg(OH)2。