Question

（10分）隨著工業的迅速發展，產生的廢水對水體的污染也日趨嚴重。通過控制溶液的pH對工業廢水中的金屬離子進行分離是實際工作中經常使用的方法。下表是常溫下金屬氫氧化物的Ksp(沉淀溶解平衡常數)和金屬離子在某濃度下開始沉淀所需的pH(表中濃度為相應pH時溶液中有關金屬離子產生沉淀的最小濃度；當溶液中金屬離子濃度小于10^-5 mol?L^-1時通常認為該離子沉淀完全)。

金屬離子	Ksp	pH(10-1 mol?L-1)	pH(10-5 mol?L-1)
Fe3+	4.0×10-38	2.7	3.7
Cr3+	6.0×10-31	4.3	5.6
Cu2+	2.2×10-20	4.7	6.7
Ca2+	4.0×10-5	12.3	14.3

(1)某廠排出的廢水中含有Cu²⁺和Fe³⁺，測得其濃度均小于0.1 mol?L^-1。為除去其中的Fe³⁺，回收銅，需控制的pH范圍是_______________________________。
(2)為了處理含有Cr₂O₇^2-酸性溶液的工業廢水，采用如下方法：向廢水中加人適量NaCl，以Fe為電極進行電解，經過一段時間，有Cr(OH)₃和Fe(OH)₃沉淀生成排出，從而使廢水中鉻含量低于排放標準。
①Cr₂O₇^2-轉變為Cr³⁺的離子方程式為______________________。
②pH對廢水中Cr₂O₇^2-去除率的影響如圖。你認為電解過程中溶液的pH取值在______范圍內對降低廢水中的鉻含量最有利，請說明理由：_________________________________。
[注：去除率(％)=[(c₀-c)／c_o]×100％，式中：c_o—處理前廢水中Cr₂O₇^2-濃度，c—處理后廢水中Cr₂O₇^2-的濃度]

(3)沉淀轉化在生產中也有重要應用。例如，用Na₂CO₃溶液可以將鍋爐水垢中的CaSO₄轉化為較疏松而易清除的CaCO₃，該沉淀轉化達到平衡時，其平衡常數K＝_________(寫數值)。[已知Ksp (CaSO₄)=9.1x10^-6，Ksp (CaCO₃)=2.8×10^-9]

Answer 1

（1）3.7≤pH＜4.7（2分）
（2）①Cr₂O₇^2- + 6Fe²⁺ + 14H⁺ = 2Cr³⁺ + 6Fe³⁺ + 7H₂O（2分）
②4.3～5.6（或5～6）（2分）     pH越小，Cr₂O₇^2-的去除率越大，但難形成Cr(OH)₃沉淀從廢水中分離；pH越大，Cr₂O₇^2-的去除率越小（2分）
（3）3.25×10³（2分）

（1）由所給數據可看出，Fe³⁺在pH=3.7時已完全沉淀，而Cu²⁺在pH=4.7時才開始沉淀，所以為除去其中的Fe³⁺，回收銅，需控制的pH范圍是3.7≤pH＜4.7
（2）①廢水以Fe為電極進行電解，鐵作陽極鐵電子生成Fe²⁺：Fe —2e^—=Fe²⁺，Fe²⁺還原Cr₂O₇^2-：Cr₂O₇^2- + 6Fe²⁺ + 14H⁺ = 2Cr³⁺ + 6Fe³⁺ + 7H₂O
②綜合考慮所給信息，雖然pH越小，Cr₂O₇^2-的去除率越大，但難形成Cr(OH)₃沉淀從廢水中分離（Cr³⁺在pH=4.3時才開始沉淀，在pH=5.6時完全沉淀），pH太高，Cr₂O₇^2-的去除率太小，無實際意義，綜合分析可知pH取值在4.3～5.6（或5～6）范圍內對降低廢水中的鉻含量最有利
（3）由轉化方程式得：K＝Ksp (CaSO₄)=9.1x10^-6 / Ksp (CaCO₃)= 3.25×10³