Question

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“＞”“＜”“＝”）。

Answer

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

②A C D

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

(2)因为Fe电极在电解过程中产生还原性的Fe2+，将溶液中Cr2O72－还原为Cr3+，Cr2O72－＋6Fe2+＋14H+ ＝2Cr3+＋6Fe3+＋7H2O。若改用石墨电极，阳极产生的是Cl2，不能将Cr2O72－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)+S2-(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S2-结合产生更难溶的沉淀CuS。Cu2++ S2-=CuS↓，FeS再溶解电离，产生的S2-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++SO32-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-，SO32-只有HSO3-电离产生，所以c (H+)>c(SO32-) 。电解质的电离程度：HSO3-> H2O。因此c(SO32-)> 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(SO32-)> 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Cr2O72－还原为Cr3+，二者发生的反应为：Cr2O72－＋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Cr2O72－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℃。

考点：考查沉淀的转化、SO2的除去方法、含有Cr2O72－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。