Question

工業廢水隨意排放會造成嚴重污染，根據成分不同可采用不同的處理方法。

（1）電池生產工業廢水中常含有Cu2+等重金屬離子，常用FeS等難溶物質作為沉淀劑除去。已知室溫下Ksp(FeS)＝6.3×10－18mol2·L－2，Ksp(CuS)＝1.3×10－36mol2·L－2。

①請用離子方程式說明上述除雜的原理      ???????????????????????????????????? 。

②FeS高溫煅燒產生的SO2氣體通入下列溶液中，能夠產生沉淀的是????? （填序號）

A．Ba(NO3)2? ???? B．BaCl2? ?? ? C．Ba(OH)2??? ???? D．溶有NH3的BaCl2溶液

③若將足量SO2氣體通入0.2 mol·L－1的NaOH溶液，所得溶液呈酸性，則溶液中離子濃度由大到小的順序為?????????????????????????? 。

（2）采用電解法處理含有Cr2O72－的酸性廢水，在廢水中加入適量NaCl，用鐵電極電解一段時間后，有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀生成，從而降低廢水中鉻元素的含量。若陽極用石墨電極則不能產生Cr(OH)3沉淀，用必要的化學語言說明原因___________________。

（3）廢氨水可以轉化成氨，氨再設計成堿性燃料電池。如圖是該燃料電池示意圖，產生的X氣體可直接排放到大氣中。a電極作??????? 極（填“正”“負”“陰”或“陽”），其電極反應式為??????? ；T℃下，某研究員測定NH3·H2O的電離常數為1.8×10－5，NH4+的水解平衡常數為1.5×10－8（水解平衡也是一種化學平衡，其平衡常數即水解常數），則該溫度下水的離子積常數為?????????? ，請判斷T?????? 25℃（填“＞”“＜”“＝”）。

 

 

Answer 1

【答案】

（1）①FeS(s)+Cu2+(aq)= CuS(s)+ Fe 2+（aq）

②A C D

③c(Na+)>c(HSO3-)> c (H+)>c(SO32-)> c(OH-)。

(2)因為Fe電極在電解過程中產生還原性的Fe2+，將溶液中Cr2O72－還原為Cr3+，Cr2O72－＋6Fe2+＋14H+ ＝2Cr3+＋6Fe3+＋7H2O。若改用石墨電極，陽極產生的是Cl2，不能將Cr2O72－還原為Cr3+。

（3）負?? 2NH3+6OH－－6e－ =N2+6H2O??? 2.7×10－13；＞

【解析】

試題分析：(1) FeS盡管難溶，也有一定的溶解度，在溶液中存在著沉淀溶解平衡：FeS(s) Fe2+(aq)+S2-(aq) ,由于Ksp(FeS)＝6.3×10－18mol2·L－2>>Ksp(CuS)＝1.3×10－36mol2·L－2，所以當溶液中含有Cu2+時，Cu2+就會與FeS電離產生的S2-結合產生更難溶的沉淀CuS。Cu2++ S2-=CuS↓，FeS再溶解電離，產生的S2-再反應變為CuS沉淀。最終能夠把溶液中的Cu2+完全沉淀除去。反應的兩種方程式為：①FeS(s)+Cu2+(aq)= CuS(s)+ Fe 2+( aq).? ② SO2+H2O=H2SO3,溶液顯酸性。A．當向其中加入Ba(NO3)2時，也就相當于存在硝酸。硝酸有強氧化性，能把H2SO3氧化產生H2SO4.故會產生BaSO4沉淀。正確。B．假如能與BaCl2 發生反應，則反應的方程式為：B．BaCl2+ SO2+H2O=BaSO3↓+2HCl. BaSO3能與HCl發生反應，所以在酸性環境不存在。即該反應是不能發生的。換句話說就是不能發生反應產生沉淀。C．酸性氧化物SO2能與堿發生反應：Ba(OH)2+ SO2=BaSO3↓+ H2O.正確。D．首先發生反應：2NH3+ SO2+H2O= (NH4)2SO3,然后發生：(NH4)2SO3+BaCl2= BaSO3↓+ 2NH4Cl .正確。因此選項為A、C、D。③由于SO2足量。所以反應的方程式為：SO2+NaOH=NaHSO3。NaHSO3=Na++HSO3-。HSO3-在溶液中存在電離平衡HSO3-H++SO32-和水解平衡HSO3-+ H2O H2SO3+OH-。電離使溶液顯酸性，水解使溶液顯堿性。因為所得溶液呈酸性，所以電離大于水解。c (H+)>c(OH-).在溶液中除了存在水解平衡外還存在H2O H++OH-，SO32-只有HSO3-電離產生，所以c (H+)>c(SO32-) 。電解質的電離程度：HSO3-> H2O。因此c(SO32-)> c(OH-)。無論HSO3-是電離還是水解都要消耗，所以c(Na+)>c(HSO3-).因此溶液中各種離子的濃度關系為：c(Na+)>c(HSO3-)> c (H+)>c(SO32-)> c(OH-)。(2) 用鐵電極電解一段時間后， Fe(OH)3沉淀生成，說明Fe與電源的正極相連接，作陽極,被氧化發生還原反應：Fe-2e-=Fe2+.產生的Fe2+有還原性，能將溶液中Cr2O72－還原為Cr3+，二者發生的反應為：Cr2O72－＋6Fe2+＋14H+ ＝2Cr3+＋6Fe3+＋7H2O，Cr3+與Fe3+水解產生Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀，從而可以降低廢水中鉻元素的含量。若陽極用石墨電極，則電極本身不參加反應，是溶液中的Cl-失去電子。在陽極產生的是Cl2，就不能將Cr2O72－還原為Cr3+。（3）氨設計成堿性燃料電池，產生的X氣體可直接排放到大氣中。則X為N2,a電極作負極，電極反應為2NH3+6OH－－6e－ =N2+6H2O。通入空氣的電極為正極，發生反應：O2+4e-+2H2O=4OH-。NH3·H2O NH4++OH-， - NH4++ H2O H+ + NH3·H2O, .將兩式相乘，可得。c (H+)·c(OH-)=K(電離) ·K(水解) ·c(H2O)=Kw. 所以在該溫度下水的離子積常數Kw=2.7×10-13.水是弱電解質，升高溫度，促進水的電離，水電離產生的離子濃度增大，水的離子積常數也增大。由于2.7×10-13>1.0×10-14.所以溫度高于25℃。

考點：考查沉淀的轉化、SO2的除去方法、含有Cr2O72－的酸性廢水的電解法處理、原電池的反應原理及電極式的書寫、弱電解質的電離平衡、鹽的水解平衡、水的離子積常數的計算的知識。