2019高考化学难点剖析专题53水净化剂的制备讲解

专题53 水净化剂的制备
一、高考题再现
1．（2017天津）下列有关水处理方法不正确
．．．的是
A．用石灰、碳酸钠等碱性物质处理废水中的酸
B．用可溶性的铝盐和铁盐处理水中的悬浮物
C．用氯气处理水中的Cu2+、Hg+等重金属离子
D．用烧碱处理含高浓度NH4+的废水并回收利用氨
【答案】C
2．（2017江苏）下列有关物质性质与用途具有对应关系的是
A．Na2O2吸收CO2产生O2，可用作呼吸面具供氧剂
B．ClO2具有还原性，可用于自来水的杀菌消毒
C．SiO2硬度大，可用于制造光导纤维
D．NH3易溶于水，可用作制冷剂
【答案】A
【解析】A．过氧化钠可以和二氧化碳反应生成氧气，A正确；B．因二氧化氯具有氧化性才用于自来水的杀菌消毒，B错误；C．二氧化硅透光性好，用于制造光导纤维，C错误；D．液氨气化时吸收大量热，所以氨可用作制冷剂，D错误。

答案选A。

二、考点突破
1、铝净水剂的制备
典例1（2018届江西省上高县第二中学高三第七次月考）聚合氯化铝是一种新型净水剂，其中铝的总浓度（用c 表示）包括三类：主要为Al3+中的单体形态铝（用Ala表示）总浓度，主要为 [AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+的中等聚合形态铝总浓度（用Alb表示）和Al(OH)3胶体形态铝（用Alc表示）总浓度。

（1）真空碳热还原一氧化法可实现由铝土矿制备金属铝，相关反应的热化学方程式如下：
①Al2O3(s)+AlCl3(g)+3C(s)=3AlCl(g)+3CO(g) ΔH1=akJ·mol-1
②6AlCl(g)=4Al(s)+2AlCl3(g) ΔH2=bkJ·mol-1
则反应Al2O3(s) +3C(s)=2Al (s)+3CO(g) 说明ΔH=_______kJ·mol-1（用含a、b的代数式表示）。

_0( 填“>”或“<”)。

反应①在常压、1900℃的高温下才能进行，说明ΔH_______0（填“＞”、“＜”或“=”）
（2）用膜蒸馏（简称MD）浓缩技术将聚合氯化铝溶液进行浓缩，实验过程中不同浓度聚合氯化铝溶液中铝形态分布（百分数）如右表：
①在一定温度下，AlT越大，Al(OH)3胶体的百分含量________（填“越大”“越小”或“不变”）。

②若将c=2.520mol/L的聚合氧化铝溶液加水稀释，则稀释过程中发生的主要反应的离子方程式为
_________________________________。

（3）一定条件下，向1.0mol/L的AlCl溶液中加入0.6mol/L的NaO H溶液，可制得Alb含量约为86% 的聚合氯化铝溶液。

写出生成[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+的离子方程式：_________________________。

（4）已知Al3++4X2，X表示显色剂，表示有色物质，通过比色分析得
到25 ℃时Al3+浓度随时间的变化关系如图所示（初始时X的浓度为0.194 mol·L-1）。

①1min时，的浓度为___________。

②0～3min内该反应的速率vx＝________。

③第9min时，反应达到平衡，K=__________（用代数式表示）。

【答案】 a+0.5b ＞越小
Al3++3H2O=Al(OH)3（胶体）+3H+ 13Al3++32OH-+8H2O=[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+ 0.04mol/L
0.053mol/（L·min）K=(9.6×10-2)2/(2×10-3)5
（3）Al3+和OH-在水溶液中生成[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+，根据原子守恒和电荷守恒可写出对应的离子方程式为：13Al3++32OH-+8H2O=[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+。

（4）①1分钟内Al3+的浓度减少0.02mol/L，根据方程式可知1min时的浓度为
0.02mol/L×2=0.04mol/L。

②0～3min内Al3+的反应速率v=（0.05-0.01（L·min），所以（L·min）×4=0.053mol/（L·min）。

③反应达平衡时，Al3+的浓度减少0.048mol/L，则X的浓度减少0.192mol/L，的浓度增大0.096mol/L，
所以平衡时Al3+的浓度为0.002mol/L，X的浓度为0.002mol/L，的浓度为0.096mol/L，故K=(9.6×10-2)2/(2×10-3)5。

2、铁净水剂的制备
典例2（2018届云南师大附中高三年级适应性月考卷八）高铁酸钾是一种高效的多功能水处理剂，具有强氧化性。

制备高铁酸钾方法很多。

（1）干法制备高铁酸钾。

将Fe2O3、KNO3、KOH混合加热共熔生成紫红色高铁酸盐和KN O2等产物。

此制备反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为_____________________。

（2）湿法制备高铁酸钾。

工业上常采用NaClO氧化法生产，原理如下：
a.3NaClO+2Fe(NO3)3+ 10NaOH=2Na2FeO4↓+3NaC l+6NaNO3+5H2O
b.Na2FeO4+2KOH =K2FeO4+2NaOH
主要的生产流程如图：
①流程图中“转化”是在某低温下进行的，说明此温度下的溶解度S(K 2FeO 4)_____S(Na 2FeO 4)（填“>”“<”或“=”）。

②湿法制备中，反应的温度、原料的浓度和配比对高铁酸钾的产率都有影响。

如图，图甲为不同的温度下，不同质量浓度的Fe(NO 3)3对K 2FeO 4生成率的影响；图乙为一定温度下，Fe(NO 3)3质量浓度最佳时，NaClO 浓度对K 2FeO 4生成率的影响。

工业生产中最佳温度为_________℃，此时Fe(NO 3)3与NaClO 两种溶液最佳质量浓度之比为______________。

③若NaClO 加入过量，氧化过程中会生成Fe(OH)3，写出该反应的离子方程式：_____________________。

若Fe( NO 3)3加入过量，在碱性介质中K 2FeO 4与Fe 3+
发生氧化还原反应生成K 3FeO 4，此反应的离子方程式为__________________________________。

（3）K 2FeO 4在水溶液中易水解：4FeO 42-+10H 2O
4Fe(OH)3+8OH -
+3O 2↑。

①在“提纯”K 2FeO 4中采用重结晶、洗涤、低温烘干的方法，则洗涤剂最好选用__________溶液(填序号)。

A ．H 2O B ．CH 3COOK 、异丙醇 C ．NH 4Cl 、异丙醇 D ．Fe(NO 3)3、异丙醇 ②K 2FeO 4在处理水的过程中所起的作用有_______________________。

（4）室温下，向含有Fe 3+
的CuSO 4溶液中加入Cu(OH)2可使Fe 3+
转化为Fe(O H)3沉淀，从而除去Fe 3+。

该反应的平衡常数为_____________________。

(已知常温下的溶度积常数：K sp [Cu(OH)2]=2.0×10-20
， K sp [Fe(OH)3]=4.0×10-38
)。

【答案】 3︰1 ＜ 26 6∶5或1.2 3ClO −
+Fe 3+
+3H 2O=Fe(OH)3↓+3HClO
242FeO -+Fe 3++8OH −=343FeO -+4H 2O B K 2FeO 4具有强氧化性，能够消毒杀菌；同时24
FeO -
被还原成Fe 3+，Fe 3+水解
形成Fe(OH)3胶体，能够吸附水中悬浮杂质 5.0×1015
mol/L
由图甲和图乙可知，在26℃、NaClO 和Fe(NO 3)3的质量浓度分别为330g/L 和275g/L 时，K 2FeO 4生成率最高，所以工业生产中最佳温度为26℃，此时Fe(NO 3)3与NaClO
∶5（或1.2 ）。

③若NaClO 加入过量，次氯酸根离子和铁离子发生双水解反应，故氧化过程中会生成Fe(OH)3，该反应的离子方程式为3ClO −
+Fe 3+
+3H 2O=Fe(OH)3↓+3HClO。

若Fe( NO 3)3加入过量，在碱性介质中K 2FeO 4与Fe 3+
发生氧化还原反应
生成K 3FeO 4，此反应的离子方程式为242FeO -
+Fe 3+
+8OH −
=343FeO -+4H 2O 。

（3）①在“提纯”K 2FeO 4中采用重结晶、洗涤、低温烘干的方法，因为K 2FeO 4在水溶液中易水解，所以洗涤剂最好选用有机溶剂，根据平衡移动原理，为减少晶体的溶解损失，应选用CH 3COOK 、异丙醇溶液，填B 。

②K 2FeO 4在
处理水的过程中所起的作用有：K 2FeO 4具有强氧化性，能够消毒杀菌；同时24FeO -被还原成Fe 3+
，Fe 3+
水解形成
Fe(OH)3胶体，能够吸附水中悬浮杂质。

（4）室温下，向含有Fe 3+
的CuSO 4溶液中加入Cu(OH)2可使Fe 3+
转化为Fe(O H)3沉淀，从而除去Fe 3+
，该反应的离子方程式为2Fe 3+
+3Cu(OH)2
3C u 2+
+2Fe(OH)3。

该反应的平衡常数为
15 mol/L 。

3、其他净水剂的制备
典例3（湖南H11教育联盟2018年1月高三联考）钼酸钠（Na 2MoO 4)可作新型水处理剂，Al(OH)3是胃舒平药品的有效成分。

从某废钼催化剂(主要成分为MoO 3、A12O 3、Fe 2O 3
等）中回收Na 2MoO 4和A1(OH)3，其工艺流程如下：
回答下列问题:
（1）Na 2MoO 4 中钼的化合价为______________________。

（2）MoO 3、Al 2O 3和SiO 2性质相似，都能与碳酸钠在高温下反应。

写出三氧化钼与碳酸钠在高温下反应的化学方程式:___________________；步骤II 滤渣的主要成分是________________ (填化学式)。

（3）步骤III 中加入“稀硫酸”使铝元素转化的离子方程式为_________________________，控制溶液的pH 约为5，其目的是使AlO 2-
完全转化为Al(OH)3沉淀，并防止其溶解，在滴加稀硫酸的过程中还可能观察到的现象是_____________________________。

有同学认为步骤III 中可用CO 2替代硫酸，你是否同意? 简述理由:____________________________________________。

（4）取废钼催化剂mg ，若加入agNa 2CO 3恰好完全反应，经上述实验操作后，最终得到bg Al(OH)3和cgNa 2SO 4 固体，则废钼催化剂中钼元素的质量分数为__________。

( 用代数式表示)
【答案】 +6 MoO 3+Na 2CO 3　高温 Na 2MoO 4+CO 2↑ Fe 2O 3 AlO 2-+H +
+H 2O=Al(OH)3↓ 产生气泡 否，稀硫酸的
作用之一是除去过量的Na 2CO 3 96106156a
b w
⎛⎫- ⎪
⎝⎭×100%。

滤渣为Al(OH)3，滤液中含有Na 2SO 4和Na 2MoO 4，由Al 2O 3＋Na 2CO 3=2NaAlO 2＋CO 2,2NaAlO 2＋H 2SO 4＋3H 2O=Na 2SO 4＋2Al(OH)3↓，得1Na 2CO 3～～2Al(OH)3，得Al 2O 3消耗的 n （Na 2CO 3）=
1
278?156
bg b mol g mol -=⨯，已知：碳酸钠总物质的量为：n （Na 2CO 3）=ag/106g·mol －1
，则由Na 守恒可知n （Na 2MoO 4）=ag/106g·mol －1
-bg/156g·m ol －1
，
m （Mo ）=（ag/106g·mol －1-bg/156g·mol －1）×96g·mol －1
=96106156a b ⎛⎫-
⎪⎝⎭
g ， ω（Mo ）= 96106156a
b w
⎛⎫- ⎪
⎝⎭×100%。