题目

题型：不详难度：来源：

工业废水随意排放会造成严重污染，根据成分不同可采用不同的处理方法。
（1）电池生产工业废水中常含有Cu²⁺等重金属离子，常用FeS等难溶物质作为沉淀剂除去。已知室温下Ksp(FeS)＝6.3×10^－18mol²·L^－2，Ksp(CuS)＝1.3×10^－36mol²·L^－2。
①请用离子方程式说明上述除杂的原理                                          。
②FeS高温煅烧产生的SO₂气体通入下列溶液中，能够产生沉淀的是     （填序号）

A．Ba(NO3)2

B．BaCl2

C．Ba(OH)2

D．溶有NH3的BaCl2溶液

③若将足量SO₂气体通入0.2 mol·L^－1的NaOH溶液，所得溶液呈酸性，则溶液中离子浓度由大到小的顺序为                          。
（2）采用电解法处理含有Cr₂O₇^2－的酸性废水，在废水中加入适量NaCl，用铁电极电解一段时间后，有Cr(OH)₃和Fe(OH)₃沉淀生成，从而降低废水中铬元素的含量。若阳极用石墨电极则不能产生Cr(OH)₃沉淀，用必要的化学语言说明原因___________________。
（3）废氨水可以转化成氨，氨再设计成碱性燃料电池。如图是该燃料电池示意图，产生的X气体可直接排放到大气中。a电极作       极（填“正”“负”“阴”或“阳”），其电极反应式为       ；T℃下，某研究员测定NH₃·H₂O的电离常数为1.8×10^－5，NH₄⁺的水解平衡常数为1.5×10^－8（水解平衡也是一种化学平衡，其平衡常数即水解常数），则该温度下水的离子积常数为          ，请判断T      25℃（填“＞”“＜”“＝”）。

答案

（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)因为Fe电极在电解过程中产生还原性的Fe²⁺，将溶液中Cr₂O₇^2－还原为Cr³⁺，Cr₂O₇^2－＋6Fe²⁺＋14H⁺ ＝2Cr³⁺＋6Fe³⁺＋7H₂O。若改用石墨电极，阳极产生的是Cl₂，不能将Cr₂O₇^2－还原为Cr³⁺。
（3）负   2NH₃+6OH^－－6e^－ =N₂+6H₂O    2.7×10^－13；＞

解析

试题分析：(1) FeS尽管难溶，也有一定的溶解度，在溶液中存在着沉淀溶解平衡：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，所以当溶液中含有Cu²⁺时，Cu²⁺就会与FeS电离产生的S^2-结合产生更难溶的沉淀CuS。Cu²⁺+ S^2-=CuS↓，FeS再溶解电离，产生的S^2-再反应变为CuS沉淀。最终能够把溶液中的Cu²⁺完全沉淀除去。反应的两种方程式为：①FeS(s)+Cu²⁺(aq)=" CuS(s)+" Fe ²⁺( aq). ② SO₂+H₂O=H₂SO₃,溶液显酸性。A．当向其中加入Ba(NO₃)₂时，也就相当于存在硝酸。硝酸有强氧化性，能把H₂SO₃氧化产生H₂SO₄.故会产生BaSO₄沉淀。正确。B．假如能与BaCl₂发生反应，则反应的方程式为：B．BaCl₂+ SO₂+H₂O=BaSO₃↓+2HCl. BaSO₃能与HCl发生反应，所以在酸性环境不存在。即该反应是不能发生的。换句话说就是不能发生反应产生沉淀。C．酸性氧化物SO₂能与碱发生反应：Ba(OH)₂+ SO₂=BaSO₃↓+ H₂O.正确。D．首先发生反应：2NH₃+ SO₂+H₂O= (NH₄)₂SO₃,然后发生：(NH₄)₂SO₃+BaCl₂= BaSO₃↓+ 2NH₄Cl .正确。因此选项为A、C、D。③由于SO₂足量。所以反应的方程式为：SO₂+NaOH=NaHSO₃。NaHSO₃=Na⁺+HSO₃^-。HSO₃^-在溶液中存在电离平衡HSO₃^-H⁺+SO₃^2-和水解平衡HSO₃^-+ H₂O H₂SO₃+OH^-。电离使溶液显酸性，水解使溶液显碱性。因为所得溶液呈酸性，所以电离大于水解。c (H⁺)>c(OH^-).在溶液中除了存在水解平衡外还存在H₂O H⁺+OH^-，SO₃^2-只有HSO₃^-电离产生，所以c (H⁺)>c(SO₃^2-)。电解质的电离程度：HSO₃^-> H₂O。因此c(SO₃^2-)> c(OH^-)。无论HSO₃^-是电离还是水解都要消耗，所以c(Na⁺)>c(HSO₃^-).因此溶液中各种离子的浓度关系为：c(Na⁺)>c(HSO₃^-)> c (H⁺)>c(SO₃^2-)> c(OH^-)。(2) 用铁电极电解一段时间后， Fe(OH)₃沉淀生成，说明Fe与电源的正极相连接，作阳极,被氧化发生还原反应：Fe-2e^-=Fe²⁺.产生的Fe²⁺有还原性，能将溶液中Cr₂O₇^2－还原为Cr³⁺，二者发生的反应为：Cr₂O₇^2－＋6Fe²⁺＋14H⁺ ＝2Cr³⁺＋6Fe³⁺＋7H₂O，Cr³⁺与Fe³⁺水解产生Cr(OH)₃和Fe(OH)₃沉淀，从而可以降低废水中铬元素的含量。若阳极用石墨电极，则电极本身不参加反应，是溶液中的Cl^-失去电子。在阳极产生的是Cl₂，就不能将Cr₂O₇^2－还原为Cr³⁺。（3）氨设计成碱性燃料电池，产生的X气体可直接排放到大气中。则X为N₂,a电极作负极，电极反应为2NH₃+6OH^－－6e^－ =N₂+6H₂O。通入空气的电极为正极，发生反应：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-。NH₃·H₂O NH₄⁺+OH^-， - NH₄⁺+ H₂O H⁺ + NH₃·H₂O, .将两式相乘，可得。c (H⁺)·c(OH^-)=K(电离) ·K(水解) ·c(H₂O)="Kw." 所以在该温度下水的离子积常数Kw=2.7×10^-13.水是弱电解质，升高温度，促进水的电离，水电离产生的离子浓度增大，水的离子积常数也增大。由于2.7×10^-13>1.0×10^-14.所以温度高于25℃。₂的除去方法、含有Cr₂O₇^2－的酸性废水的电解法处理、原电池的反应原理及电极式的书写、弱电解质的电离平衡、盐的水解平衡、水的离子积常数的计算的知识。