硼及其化合物在耐髙温合金工业、催化剂制造、髙能燃料等方面应用-优题课

$F e C l_{3}$ 具有净水作用，但腐蚀设备，而聚合氯化铁是一种新型的絮凝剂，处理污水比 $F e C l_{3}$ 高效，且腐蚀性小。请回答下列问题：
（1） $F e C l_{3}$ 净水的原理是。 $F e C l_{3}$ 溶液腐蚀钢铁设备，除 $H^{+}$ 作用外，另一主要原因是（用离子方程式表示）。
（2）为节约成本，工业上用 $N a C l O_{3}$ 氧化酸性 $F e C l_{2}$ 废液得到 $F e C l_{3}$ 。
①若酸性 $F e C l_{2}$ 废液中 $c (F e^{2 +})$ =2.0×10^-2 $m o l$ · $L^{- 1}$ , $c (F e^{3 +})$ =1.0×10^-3 $m o l$ · $L^{- 1}$ , $c (C l^{-})$ =5.3×10^-2 $m o l$ · $L^{- 1}$ ,则该溶液的 $P H$ 约为。
②完成 $N a C l O_{3}$ 氧化 $F e C l_{2}$ 的离子方程式： $C l O_{2}^{-}$ + $F e^{2 +}$ += $C l^{-}$ + $F e^{3 +}$ +

（3） $F e C l_{3}$ 在溶液中分三步水解：
$F e^{3 +}$ + $H_{2} O$ $F e (O H)^{2 +}$ + $H^{+}$ $K_{1}$

$F e (O H)^{2 +}$ + $H_{2} O$ $F e (O H)_{2}^{+}$ + $H^{+}$ $K_{2}$

$F e (O H)^{+}$ + $H_{2} O$ $F e (O H)_{3}$ + $H^{+}$ $K_{3}$

以上水解反应的平衡常数 $K_{1}$ 、 $K_{2}$ 、 $K_{3}$ 由大到小的顺序是。
通过控制条件，以上水解产物聚合，生成聚合氧化铁，离子方程式为： $x F e^{3 +}$ + $y H_{2} O$ ^{$F e_{x} (O H {)_{y}}^{(3 x - y) +} + y H^{+}$}
欲使平衡正向移动可采用的方法是（填序号）。
$a$ ．降温 $b$ ．加水稀释
$c$ ．加入NH₄Cl $d$ ．加入 $N a H C O_{3}$

室温下，使氯化铁溶液转化为高浓度聚合氯化铁的关键条件是。
（4）天津某污水处理厂用氯化铁净化污水的结果如下图所示。由图中数据得出每升污水中投放聚合氯化铁[以 $F e (m g$ · $L^{- 1})$ 表示]的最佳范围约为 $m g$ · $L^{- 1}$ 。

为了保护环境，充分利用资源，某研究小组通过如下简化流程，将工业制硫酸的硫铁矿烧渣（铁主要以 $F e_{2} O_{3}$ 存在）转变成重要的化工原料 $F e S O_{4}$ （反应条件略）。

活化硫铁矿还原 $F e^{3 +}$ 的主要反应为： $F e S_{2} + 7 F e_{2} (S O_{4})_{3} + 8 H_{2} O = 15 F e S O_{4} + 8 H_{2} S O_{4}$ ，不考虑其他反应。请回答下列问题：
（1）第Ⅰ步 $H_{2} S O_{4}$ 与 $F e_{2} O_{3}$ 反应的离子方程式是。
（2）检验第Ⅱ步中 $F e^{3 +}$ 是否完全还原，应选择（填字母编号）。
A． $K M n O_{4}$ 溶液B． $K_{3} [F e (C N)_{6}]$ 溶液 C． $K S C N$ 溶液
（3）第Ⅲ步加 $F e C O_{3}$ 调溶液 $p H$ 到5.8左右，然后在第Ⅳ步通入空气使溶液 $p H$ 降到5.2，此时 $F e^{2 +}$ 不沉淀，滤液中铝、硅杂质除尽。通入空气引起溶液 $p H$ 降低的原因是。
（4） $F e S O_{4}$ 可转化为 $F e C O_{3}$ ， $F e C O_{3}$ 在空气中加热反应可制得铁系氧化物材料。
已知25℃，101 $k p a$ 时： $4 F e (s) + 3 O_{2} (g) = 2 F e_{2} O_{3} (s)$ $△ H = - 1648 K J / m o l$

$C (s) + O_{2} (g) = C O_{2} (g)$ $△ H = - 393 K J / m o l$

$2 F e (s) + 2 C (s) + 3 O_{2} = 2 F e C O_{3} (s)$ $△ H = - 1480 K J / m o l$

$F e C O_{3}$ 在空气中加热反应生成 $F e_{2} O_{3}$ 的热化学方程式是。
（5） $F e S O_{4}$ 在一定条件下可制得 $F e S_{2}$ (二硫化亚铁)纳米材料。该材料可用于制造高容量锂电池，电池放电时的总反应为 $4 L i + F e S_{2} = F e + 2 L i_{2} S$ ，正极反应式是。
（6）假如烧渣中的铁全部视为 $F e_{2} O_{3}$ ，其含量为50%。将 $a k g$ 质量分数为 $b$ %的硫酸加入到 $c k g$ 烧渣中浸取，铁的浸取率为96%，其他杂质浸出消耗的硫酸以及调 $p H$ 后溶液呈微酸性所残留的硫酸忽略不计。按上述流程，第Ⅲ步应加入 $F e_{2} O_{3}$ $k g$ 。

1．	对溴苯乙烯与丙烯的共聚物是一种高分子阻燃剂，具有低毒、热稳定性好等优点。完成下列填空：写出该共聚物的结构简式。

2．	实验室由乙苯制取对溴苯乙烯，需先经两步反应制得中间体。写出该两步反应所需的试剂及条件。

3．	将与足量氢氧化钠溶液共热得到 $A$ ， $A$ 在酸性条件下遇 $F e C l_{3}$ 溶液不显色。 $A$ 的结构简式为。由上述反应可推知。由 $A$ 生成对溴苯乙烯的反应条件为。

4．	丙烯催化二聚得到2,3-二甲基-1-丁烯，B与2,3-二甲基-1-丁烯互为同分异构体，且所有碳原子处于同一平面。写出 $B$ 的结构简式。设计一条由2,3-二甲基-1-丁烯制备 $B$ 的合成路线。（合成路线常用的表示方式为：）

工业上利用氨氧化获得的高浓度 $N O_{x}$ 气体(含 $N O$ 、 $N O_{2}$ )制备 $N a N O_{2}$ 、 $N a N O_{3}$ ，工艺流程如下：
已知： $N a_{2} C O_{3}$ ＋ $N O$ ＋ $N O_{2}$ =2 $N a N O_{2}$ ＋ $C O_{2}$

（1）中和液所含溶质除 $N a N O_{2}$ 及少量 $N a_{2} C O_{3}$ 外，还有(填化学式)。
（2）中和液进行蒸发Ⅰ操作时，应控制水的蒸发量，避免浓度过大，目的是。蒸发Ⅰ产生的蒸气中含有少量的 $N a N O_{2}$ 等有毒物质，不能直接排放，将其冷凝后用于流程中的(填操作名称)最合理。
（3）母液Ⅰ进行转化时加入稀 $H N O_{3}$ 的目的是。母液Ⅱ需回收利用，下列处理方法合理的是。
a．转入中和液 b．转入结晶Ⅰ操作
c．转入转化液d．转入结晶Ⅱ操作
（4）若将 $N a N O_{2}$ 、 $N a N O_{3}$ 两种产品的物质的量之比设为2：1，则生产1.38吨 $N a N O_{2}$ 时， $N a_{2} C O_{3}$ 的理论用量为吨(假定 $N a_{2} C O_{3}$ 恰好完全反应)。

(12分)软锰矿(主要成分MnO₂，杂质金属元素Fe、Al、Mg等)的水悬浊液与烟气中SO₂反应可制备MnSO₄·H₂O ，反应的化学方程式为：MnO₂＋SO₂=MnSO₄
（1）质量为17．40g纯净MnO₂最多能氧化_____L(标准状况)SO₂。
（2）已知：K_sp[Al(OH)₃]=1×10^－33，K_sp[Fe(OH)₃]=3×10^－39，pH=7．1时Mn(OH)₂开始沉淀。室温下，除去MnSO₄溶液中的Fe³^＋、Al³^＋(使其浓度小于1×10^－6mol·L^－1)，需调节溶液pH范围为________。
（3）下图可以看出，从MnSO₄和MgSO₄混合溶液中结晶MnSO₄·H₂O晶体，需控制结晶温度范围为_______。

（4）准确称取0．1710gMnSO₄·H₂O样品置于锥形瓶中，加入适量H₂PO₄和NH₄NO₃溶液，加热使Mn²^＋全部氧化成Mn³^＋，用c(Fe²^＋)=0．0500mol·L^－1的标准溶液滴定至终点(滴定过程中Mn³^＋被还原为Mn²^＋)，消耗Fe²^＋溶液20．00mL。计算MnSO₄·H₂O样品的纯度(请给出计算过程)