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Cr₂O₇^2－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

（1）①FeS(s)+Cu²⁺(aq)=" CuS(s)+" Fe ²⁺（aq）
②A C D
③c(Na⁺)>c(HSO₃^-)> c (H⁺)>c(SO₃^2-)> 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Cr₂O₇^2－還原為Cr³⁺，Cr₂O₇^2－＋6Fe²⁺＋14H⁺ ＝2Cr³⁺＋6Fe³⁺＋7H₂O。若改用石墨電極，陽極產生的是Cl₂，不能將Cr₂O₇^2－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)+S^2-(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S^2-結合產生更難溶的沉淀CuS。Cu²⁺+ S^2-=CuS↓，FeS再溶解電離，產生的S^2-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⁺+SO₃^2-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^-，SO₃^2-只有HSO₃^-電離產生，所以c (H⁺)>c(SO₃^2-)。電解質的電離程度：HSO₃^-> H₂O。因此c(SO₃^2-)> 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(SO₃^2-)> 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Cr₂O₇^2－還原為Cr³⁺，二者發生的反應為：Cr₂O₇^2－＋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Cr₂O₇^2－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Cr₂O₇^2－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。