Question

“世界環境日：活動中，某小組對生產及生活污水進行了探究．
同學們在學校附近的一家化工廠調查，發現該廠在生產過程中用到了硫酸．
【猜想】該工廠排放的廢水呈酸性．
【設計實驗】證明廢水顯酸性，寫出操作、現象和結論．
【建議與反思】為防止造成水污染，同學們聯合向廠家建議，應將廢水治理達標后再排放，你認為治理該酸性廢水時適宜加入的試劑是

Ca（OH）₂（熟石灰）；

（任答一種），此時廢水的pH將

升高

（填“升高”、“不變”或“降低”）．
【進一步探究】取一定體積從該廠排出的含硫酸的廢水與一定量的氫氧化鈉溶液混合后，溶液恰好呈中性．若改用跟該氫氧化鈉溶液的質量和溶質質量分數均相同的氫氧化鉀溶液與上述一定體積的廢水混合，所得溶液的pH

＜

7（填“＜”、“＞”、“=”），這兩種方法都是利用的中和反應，那么中和反應的實質是什么？

H⁺和OH^-結合生成H₂O分子

．
【計算】現取該工廠排放的廢水50g，向其中加入40g質數分數為10%的氫氧化鈉溶液，恰好完全反應．請計算廢水中硫酸的質量分數．

Answer 1

分析：利用酸堿指示劑可確定溶液的酸堿性，也可用pH試紙測定；根據酸的化學性質選擇與酸反應的物質來降低酸性；并根據氫氧化鈉和氫氧化鉀與硫酸反應的化學方程式分析所得溶液的酸堿性，確定溶液的pH．根據氫氧化鈉溶液與稀鹽酸恰好完全反應的微觀示意圖，由微粒的變化分析中和反應的實質．根據硫酸與氫氧化鈉反應的化學方程式和氫氧化鈉的質量．列出比例式，就可計算出參與反應的H₂SO₄質量，然后根據質量分數公式計算即可．

解答：解：【設計實驗】用酸堿指示劑可判斷廢水的酸堿性，由猜想該工廠排放的廢水呈酸性，所以可用石蕊試液加以鑒定；
故答案為：

實驗操作	實驗現象	實驗結論
取少量樣品于試管中，滴加紫色的石蕊溶液	廢水變紅	該廢水顯酸性

【建議與反思】硫酸可與金屬、堿、某些金屬氧化物、某些鹽反應，反應后酸性降低，pH值升高，選擇藥品來治理廢水，還要考慮藥品的穩定性；
故答案為：ca（OH）₂（熟石灰）；升高；
【進一步探究】氫氧化鈉、氫氧化鉀與硫酸反應的化學方程式：
2NaOH+H₂SO₄═Na₂SO₄+2H₂O        2KOH+H₂SO₄═K₂SO₄+2H₂O
80     98                      112   98
由方程式中物質之間的質量比可以看出，等質量的硫酸消耗的氫氧化鉀的質量多；所以取一定體積從該廠排出的含硫酸的廢水與一定量的氫氧化鈉溶液混合后，溶液恰好呈中性．若改用跟氫氧化鈉溶液的質量和溶質質量分數均相同的氫氧化鉀溶液與上述一定體積的廢水混合，所得溶液的pH＜7；中和反應的實質就是酸中的H⁺和堿中的OH^-結合生成H₂O分子的過程．
故答為：小于；H⁺+OH^-=H₂O（或H⁺和OH^-結合生成H₂O分子）．
【計算】解：設廢水中硫酸的質量為x，
H₂SO₄+2NaOH═2H₂O+Na₂SO₄
98       80
x     40g×10%

98

x

=

80

40g×10%

x=4.9g
廢水中硫酸的質量分數為：

4.9g

50g

×100%=9.8%．
答：廢水中硫酸的質量分數為9.0%．

點評：本題較好考查了學生實驗設計和依據題目所給信息，分析、解決問題的能力，以及對酸、指示劑的性質的掌握和應用；通過解答本題體會到設計實驗時要盡量做到嚴謹，可以通過對比實驗解決問題．