pH调控在工业废弃物处理中的应用

【学习目标】

1.结合工业生产和污染物处理的实例，从调控反应速率、提高反应转化率等方面，认识pH调控的重要作用。

2.基于物质性质和化学反应原理知识，建立pH调控影响化学反应的思维模型。

3.通过在真实情境中解决实际问题，培养学生获取、解读信息及应用的能力。

【典型例题】

例1．(24江苏节选)含铁滤渣(主要成分Fe₂O₃)用硫酸溶解，经萃取、反萃取提纯后，用于制备铁酸铋。用含有机胺(R₃N)的有机溶剂作为萃取剂提纯一定浓度的Fe₂(SO₄)₃溶液，原理为：(R₃NH)₂SO₄ + Fe³⁺ + SO₄^2- + H₂O EMBED Word.Picture.8 萃取 H⁺ + (R₃NH)₂Fe(OH)(SO₄)₂(有机层)

已知：(R₃NH)₂SO₄ + H⁺ + HSO₄^- 2(R₃NH·HSO₄)

其他条件不变，水层初始pH在0.2~0.8范围内，随水层pH增大，有机层中Fe元素含量迅速增多的原因是                                                         。 

问题：

1.Fe元素进入有机层的原理？pH影响吗？如何影响？

2.溶液中有其他反应或平衡受pH影响吗？

3.Fe(III)是以哪种微粒形式进入有机层？

方法归纳：条件影响反应平衡的准确表述

例2．(23江苏节选)实验室模拟“镁法工业烟气脱硫”并制备MgSO₄·H₂O，其实验过程可表示为在催化剂作用下MgSO₃被O₂氧化为MgSO₄。已知MgSO₃的溶解度为0.57g(20℃)，O₂氧化溶液中的离子方程式为                   ；在其他条件相同时，以负载钴的分子筛为催化剂，浆料中MgSO₃被O₂氧化的速率随pH的变化如题图所示。在pH=6~8范围内，pH增大，浆料中MgSO₃的氧化速率增大，其主要原因是                            。

问题：

1.反应速率的影响因素？

2.MgSO₃的氧化原理？pH影响吗？如何影响？

3.溶液中有其他反应或平衡受pH影响吗？

4.浆料的pH过大，MgSO₃的氧化速率减小，可能的原因？

方法归纳：条件控制分析的思维路径

例3．(22江苏节选)纳米FeS可去除水中微量六价铬[Cr(VI)]。在pH=4~7的水溶液中，纳米FeS颗粒表面带正电荷，Cr(VI)主要以HCrO₄^-、Cr₂O₇^2-、CrO₄^2-等形式存在，纳米FeS去除水中Cr(VI)主要经过“吸附→反应→沉淀”的过程。

①在弱碱性溶液中，FeS与CrO₄^2-反应生成Fe(OH)₃、Cr(OH)₃和单质S，其离子方程式为                                                                           。

②在弱酸性溶液中，存在反应FeS + H⁺ Fe²⁺ + HS^-。

③在pH=4~7溶液中，pH越大，FeS去除水中Cr(VI)的速率越慢，原因是              。

分析：

方法归纳：条件影响反应速率的准确表述

【变式练习】

1.以Fe(NO₃)₃作为铁源制备高铁酸钾(K₂FeO₄)，可用于去除水体中的As(Ⅲ)。

已知：K₂FeO₄微溶于水。在酸性或中性溶液中迅速氧化H₂O产生O₂，在碱性溶液中较稳定。在Fe³⁺和Fe(OH)₃催化作用下发生分解。

(1)制备K₂FeO₄时，KClO饱和溶液与Fe(NO₃)₃饱和溶液的混合方式为                 。

(2) K₂FeO₄的应用。某水样中As元素主要以As(Ⅲ)存在，As(Ⅲ)可被K₂FeO₄氧化为As(Ⅴ)，再通过Fe(Ⅲ)吸附去除。

K₂FeO₄对水中As元素的去除率随pH变化如右图所示。当pH大于7时，As去除率迅速下降的原因是                

                                                  。

2.从分金渣(主要成分为：AgCl、Ag₂S、PbSO₄、BaSO₄)中获取高纯银的流程如图所示：

已知：“预处理”加入FeCl₃溶液将Ag₂S转化为AgCl。

            图1                            图2

“分银”时AgCl与Na₂SO₃反应生成[Ag(SO₃)₂]^3-的离子方程式为                      ，“分银”时c[Ag(SO₃)₂^3-]浓度与溶液pH的关系如图1；SO₂^3-及其与H⁺形成的微粒的浓度分数ɑ随溶液pH变化的关系如图2。“分银”时需控制的pH范围为         ；当pH＜7时，随着pH值的减小，“分银”效果下降的原因                                 。

【随堂巩固】

1.电催化还原法是CO₂的有机资源化的研究热点。控制其他条件相同，将一定量的CO₂通入盛有酸性溶液的电催化装置中，CO₂可转化为有机物，阴极所得产物及其物质的量与电压的关系如右图所示。

(1)电解电压为U₂时，阴极由CO₂生成甲醇的电极反应式为                         。

(2)在实际生产中发现当pH过低时，有机物产率降低，可能的原因是                  。

2.(2021·江苏适应性2)Na₂FeO₄可通过Fe³⁺与NaClO在碱性溶液中反应制备。Na₂FeO₄和NaClO均可用于氧化去除高氯（含高浓度Cl^- )废水中的有机物。

(1)酸性溶液中FeO₄^2-的氧化性大于Cl₂的氧化性。FeO₄^2-处理高氯废水中的有机物需在碱性条件下进行，其原因是                                                      。

(2)用NaClO处理高氯废水中的有机物时，研究了“NaClO”和“Fe³⁺+NaClO”两种体系对高氯废水中有机物的氧化率（废水中被氧化有机物的量占废水中有机物总量的百分率）。①当废水pH<6时，仅使用NaClO处理高氯废水，有机物的氧化率较低，其原因是

                                                                          。

②当n(NaClO)相同时，使用“NaClO”与“Fe³⁺+NaClO”处理高氯废水，废水中有机物的氧化率随废水pH的变化如下图所示。与“NaClO”体系相比，“Fe³⁺+NaClO”体系中有机物氧化率随着废水pH升高显著增大的可能原因是                                     。