Question

11．某污水處理廠欲對(duì)含有Fe²⁺的廢水進(jìn)行處理（測(cè)定發(fā)現(xiàn)該廢水的pH接近6）．某科研小組現(xiàn)擬定下列方案對(duì)該污水進(jìn)行處理：向廢水中加入一定量的過氧化氫溶液，同時(shí)用電動(dòng)攪拌棒適當(dāng)攪拌，使其產(chǎn)生難溶物沉降下來，已達(dá)到除去Fe²⁺的目的．
（1）科研小組為了研究影響上述方案的相關(guān)因素，在實(shí)驗(yàn)室中做了如表三組實(shí)驗(yàn)．請(qǐng)完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表（表中不要留空格）：

編號(hào)	實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/TD>	污水的體積（mL）	溫度（℃）	過氧化氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)
①	為以下實(shí)驗(yàn)作參照	25	20	10%
②	過氧化氫濃度的影響	25	20	30%
③	溫度的影響	25	80	10%

（2）如表列出了Fe²⁺、Fe³⁺生成氫氧化物沉淀的pH值（開始沉淀的pH按照金屬離子的物質(zhì)的量濃度為0.01mol•L^-1計(jì)算）：

	開始沉淀的pH	沉淀完全的pH
Fe2+	7.4	8.9
Fe3+	2.2	3.2

試寫出廢水中加入過氧化氫溶液攪拌時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．Fe（OH）₃的K_sp=1×10^-37.4．該小組人員在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：若過氧化氫溶液加入過多，難溶物的沉降效果會(huì)變差，請(qǐng)分析原因：Fe³⁺可引起雙氧水的分解產(chǎn)生氧氣，大量的氣泡影響了難溶物的沉降．
（3）小組人員發(fā)現(xiàn)：廢水存放一段時(shí)間后，顏色發(fā)生了一定的變化．現(xiàn)取一定量的廢水，對(duì)其中所含鐵元素的存在形式進(jìn)行研究．
①提出假設(shè)
假設(shè)一：只有Fe²⁺；
假設(shè)二：只有Fe³⁺；
假設(shè)三：兩者都有．
②驗(yàn)證假設(shè)
為驗(yàn)證假設(shè)，請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，寫出實(shí)驗(yàn)步驟、預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論：（限選試劑：稀HNO₃溶液，稀NaOH溶液，KSCN溶液，KMnO₄酸性溶液，淀粉KI溶液）

實(shí)驗(yàn)步驟	預(yù)期現(xiàn)象及結(jié)論
第一步，取少量廢水于試管中，滴加幾滴KSCN溶液，振蕩，觀察現(xiàn)象．	如果無現(xiàn)象，則假設(shè)一成立，如果溶液變紅，則進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)
另取少量廢水于試管中，滴加少量的KMnO4酸性溶液，振蕩，觀察現(xiàn)象	如果紫色退去，則假設(shè)三成立；如果紫色未退去，則假設(shè)二成立

Answer 1

分析 （1）②由于探究的是過氧化氫濃度的對(duì)反應(yīng)速率的影響，故應(yīng)保持其他影響因素一致；
③根據(jù)③和①的溫度不同，其他影響因素一致來分析；
（2）加過氧化氫把亞鐵離子氧化為鐵離子；根據(jù)Fe（OH）₃的K_sp=C（Fe³⁺）•C（OH^-）³來計(jì)算；Fe³⁺可引起雙氧水的分解；
（3）①鐵元素在溶液中能以Fe²⁺或Fe³⁺的形式存在；
②根據(jù)Fe³⁺能遇KSCN溶液變紅，而Fe²⁺不能與KSCN溶液反應(yīng)、能被KMnO₄酸性溶液氧化而使KMnO₄酸性溶液褪色來分析．

解答 解：（1）②由于探究的是過氧化氫濃度的對(duì)反應(yīng)速率的影響，故應(yīng)保持其他影響因素一致，故溫度應(yīng)為20℃，故答案為：20；
③由于③和①的溫度不同，而其他影響因素一致，故③是為了探究溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響，故答案為：溫度的影響；
（2）加過氧化氫亞鐵離子氧化為鐵離子，反應(yīng)的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；0.01mol/LFe³⁺開始沉淀時(shí)的pH為2.2，即此時(shí)C（OH^-）=10^-11.8mol/L，故Fe（OH）₃的K_sp=C（Fe³⁺）•C（OH^-）³=0.01mol/L×（10^-11.8mol/L）³=1×10^-37.4；Fe³⁺可引起雙氧水的分解產(chǎn)生氧氣，大量的氣泡影響了難溶物的沉降，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；1×10^-37.4；Fe³⁺可引起雙氧水的分解產(chǎn)生氧氣，大量的氣泡影響了難溶物的沉降；
（3）①鐵元素在溶液中能以Fe²⁺或Fe³⁺的形式存在，故假設(shè)二為：只有Fe³⁺，故答案為：只有Fe³⁺；
②根據(jù)Fe³⁺能遇KSCN溶液變紅，而Fe²⁺不能與KSCN溶液反應(yīng)，故第一步，取少量廢水于試管中，滴加幾滴KSCN溶液，振蕩，觀察現(xiàn)象，如果無現(xiàn)象，則假設(shè)一成立，如果溶液變紅，則進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)；
第二步，另取少量廢水于試管中，滴加少量的KMnO₄酸性溶液，振蕩，觀察現(xiàn)象；如果紫色退去，則假設(shè)三成立；如果紫色未退去，則假設(shè)二成立．
故答案為：

實(shí)驗(yàn)步驟	預(yù)期現(xiàn)象及結(jié)論
第一步，取少量廢水于試管中，滴加幾滴KSCN溶液，振蕩，觀察現(xiàn)象．	如果無現(xiàn)象，則假設(shè)一成立，如果溶液變紅，則進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)
另取少量廢水于試管中，滴加少量的KMnO4酸性溶液，振蕩，觀察現(xiàn)象	如果紫色退去，則假設(shè)三成立；如果紫色未退去，則假設(shè)二成立
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點(diǎn)評(píng) 本題主要考查了實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，依據(jù)探究某種因素對(duì)反應(yīng)速率的影響，故應(yīng)保持其他影響因素一致來分析．題目較難．