Question

【題目】研究含硒工業(yè)廢水的處理工藝，對控制水體中硒超標具有重要意義。

(1)已知：H2SeO3為二元弱酸，Ka1(H2SeO3)＝3.5×10-3，Ka2(H2SeO3)＝5.0×10-8。用離子交換樹脂處理含Na2SeO3濃度較高的廢水時，發(fā)生的交換反應為SeO32-＋2RCl=R2SeO3＋2Cl- (R為離子交換樹脂的樹脂骨架)。經離子交換法處理后，廢水的pH將________(填“增大”“減小”或“不變”)。

(2)木炭包覆納米零價鐵除硒法是一種改良的含硒廢水處理方法。

①以木屑和FeCl3·6H2O為原料，在N2氛圍中迅速升溫至600 ℃，保持2 h，過程中木屑先轉化為木炭，最終制得木炭包覆納米零價鐵。制備木炭包覆納米零價鐵過程中，木炭的作用有吸附和________________________________________。

②木炭包覆納米零價鐵在堿性廢水中形成許多微電池，加速SeO32-的還原過程。SeO32-在微電池正極上轉化為單質Se，其電極反應式為________。

(3) 綠銹[FeaⅡFebⅡ(OH)cXd](X代表陰離子，Ⅱ、Ⅲ表示鐵元素的價態(tài))中鐵元素以結構態(tài)和游離態(tài)兩種形式存在。由于結構態(tài)的雙金屬氫氧化物層間存在較大的空隙，形成了巨大的比表面積，同時結構態(tài)的FeⅡ還原能力優(yōu)于游離態(tài)的FeⅡ，使得綠銹成為一種良好的除硒劑。

①結構態(tài)的綠銹具有優(yōu)異的吸附性能，而且游離態(tài)的Fe3+還易水解生成Fe(OH)3膠體進一步吸附SeO32-。寫出Fe3+水解的離子方程式：________。

②不同FeⅡ/FeⅢ組成的綠銹對SeO32-去除效果的影響結果如圖1所示。隨著綠銹組成中FeⅡ/FeⅢ比值的增大，綠銹的除硒效果先減小后增大的原因可能是________。

③廢水的初始pH會對綠銹去除SeO32-的效果產生影響，關系如圖2所示。當初始pH增大至11時，SeO32-的去除效果突然迅速減小的原因是________。

Answer 1

【答案】減小 將三價鐵還原為零價鐵(或防止納米零價鐵被氧化) SeO32-+4e-+3H2O=Se+6OH- Fe3++3H2OFe(OH)3(膠體)+3H+ 當FeⅢ比例減小時，游離態(tài)的FeⅢ形成的Fe(OH)3膠體減少，對SeO32-的吸附作用減弱；當FeⅡ比例增大時，結構態(tài)的FeⅡ增多，對SeO32-的還原能力增強 堿性太強，大量的OH-與游離態(tài)的FeⅡ和FeⅢ分別形成Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀覆蓋在綠銹表面，減少了反應活性(或堿性太強，結構態(tài)的雙金屬氫氧化物結構受到破壞，還原性減弱)；或大量的OH-吸附在綠銹表面使其帶負電荷，從而對SeO32-產生排斥作用

【解析】

（1）根據水解反應及離子交換反應中離子濃度的變化來考慮；

（2）①根據木炭的化學性質及題中信息考慮；

②根據堿性環(huán)境及生成單質Se書寫電極反應；

（3）①根據陽離子水解方程式的書寫方法書寫；

②根據圖中綠銹的除硒效果及FeⅡ/FeⅢ的濃度變化及各自的性質進行考慮；

③根據堿性增強導致氫氧根濃度增大與FeⅡ/FeⅢ對SeO32-的去除原理進行考慮；

（1）H2SeO3為二元弱酸，含Na2SeO3濃度較高的廢水中發(fā)生水解：SeO32-+H2OHSeO3-+OH-，溶液呈堿性，用離子交換樹脂處理含Na2SeO3濃度較高的廢水時，發(fā)生的交換反應為SeO32-+2RCl=R2SeO3+2Cl-，SeO32-離子轉化為Cl-導致濃度減小，水解程度降低，溶液的堿性減弱，廢水的pH將減��；

（2）①以木屑和FeCl3·6H2O為原料，在N2氛圍中迅速升溫至600 ℃，保持2 h，過程中木屑先轉化為木炭，高溫下木炭還具有還原性，可以將FeCl3中+3價的鐵還原為零價鐵，木炭表面多孔具有吸附性，木炭將得到的納米零價鐵充分包覆，還可防止納米零價鐵被氧化，答案為：將三價鐵還原為零價鐵(或防止納米零價鐵被氧化)；

②木炭包覆納米零價鐵在堿性廢水中形成許多微電池，這些微電池負極為鐵，發(fā)生氧化反應， 正極為木炭，SeO32-在微電池正極上發(fā)生還原反應，轉化為單質Se，在堿性廢水的環(huán)境下電極反應式為SeO32-+4e-+3H2O=Se+6OH-；

（3）①金屬陽離子的水解比較復雜，一般合為一步書寫，三價鐵離子水解后生成的是氫氧化鐵膠體，具有吸附性，Fe3+水解的離子方程式為：Fe3++3H2OFe(OH)3(膠體)+3H+

②FeⅢ形成的Fe(OH)3膠體吸附堿性廢水中的SeO32-離子，FeⅡ對SeO32-進行還原，隨著綠銹組成中FeⅡ/FeⅢ比值的增大，FeⅢ的比例減小，游離態(tài)的FeⅢ形成的Fe(OH)3膠體減少，對SeO32-的吸附作用減弱，綠銹的除硒效果減��；結構態(tài)的FeⅡ還原能力優(yōu)于游離態(tài)的FeⅡ，但隨著FeⅡ比例增大，結構態(tài)的FeⅡ增多，對SeO32-的還原能力增強，故綠銹的除硒效果又開始增大，答案為：當FeⅢ比例減小時，游離態(tài)的FeⅢ形成的Fe(OH)3膠體減少，對SeO32-的吸附作用減弱；當FeⅡ比例增大時，結構態(tài)的FeⅡ增多，對SeO32-的還原能力增強；

③當初始pH增大至11時，溶液堿性增強，溶液中OH-濃度增大，大量的OH-與游離態(tài)的FeⅡ和FeⅢ分別形成Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀覆蓋在綠銹表面，減少了反應活性；由題中信息可知，綠銹中鐵元素以結構態(tài)和游離態(tài)兩種形式存在，結構態(tài)的雙金屬氫氧化物層間存在較大的空隙，形成了巨大的比表面積，使得綠銹成為一種良好的除硒劑，OH-與游離態(tài)的FeⅡ和FeⅢ分別形成Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀，結構態(tài)的雙金屬氫氧化物結構受到破壞，還原性減弱；另外溶液中大量的OH－吸附在綠銹表面使其帶負電荷，從而對SeO32-產生排斥作用，進而影響到SeO32-的去除效果，這些都有可能導致因初始pH增大至11，SeO32-的去除效果突然迅速減小，答案為：堿性太強，大量的OH-與游離態(tài)的FeⅡ和FeⅢ分別形成Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀覆蓋在綠銹表面，減少了反應活性(或堿性太強，結構態(tài)的雙金屬氫氧化物結構受到破壞，還原性減弱)；或大量的OH-吸附在綠銹表面使其帶負電荷，從而對SeO32-產生排斥作用。