Question

1．欲將某銅礦加工廠產(chǎn)生的含銅酸性污水（如表-1所示）處理成達(dá)標(biāo)水，并回收某些金屬化合物，設(shè)計(jì)如下工藝流程：

相關(guān)信息：
①含銅酸性污水主要污染物離子（見表-1）
表-1

離子	H+	Cu2+	Fe3+	Fe2+
濃度/（mol/L）	0.1	0.05	0.04	0.002

②國(guó)家規(guī)定含銅污水排放標(biāo)準(zhǔn)為：pH=7；c（Cu²⁺）≤1.0×10^-7mol•L^-1；鐵元素含量低于1.0×10^-5mol•L^-1．
③FeS能溶于pH＜4的酸性溶液．
④25℃時(shí)，某些難溶電解質(zhì)的溶度積（K_sp） （見表-2）
表-2

物質(zhì)	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Cu（OH）2	FeS	CuS
Kw	4.0×10-38	8.0×10-16	2.2×10-20	6.4×10-13	6.0×10-36

請(qǐng)回答：
（1）該含銅酸性污水的pH=1．
（2）步驟Ⅰ中所發(fā)生的主要反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺=2Fe³⁺+Cl^-+H₂O．
（3）步驟II中，調(diào)節(jié)溶液的pH=4的目的為使沉淀完全，防止沉淀，防止FeS溶解．
（4）有人認(rèn)為，步驟II中只需加入Ca（OH）₂調(diào)節(jié)溶液的pH=7，即可將污水處理成符合標(biāo)準(zhǔn)的達(dá)標(biāo)水，該觀點(diǎn)不合理（填“合理”或“不合理”），試通過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算說(shuō)明理由pH=7時(shí)溶液中c（Cu²⁺）=2.2×10^-20÷（10^-7）²=2.2×10^-6mol•L^-1，大于國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)c（Cu²⁺）≤1.0×10^-7mol•L^-1．
（5）步驟III中所發(fā)生的主要反應(yīng)的離子方程式為Cu²⁺+FeS=CuS+Fe²⁺；該過(guò)程不選用易溶的Na₂S作沉淀劑，其原因可能為Na₂S價(jià)格高且引入過(guò)多雜質(zhì)離子．
（6）上述整個(gè)處理工藝中，可以回收的金屬化合物有Fe（OH）₃、CuS（填化學(xué)式）．

Answer 1

分析 含銅酸性污水加入次氯酸鈉，次氯酸根離子具有氧化性，氧化污水中具有還原性的亞鐵離子2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺=2Fe³⁺+Cl^-+H₂O，溶液A主要含有鐵離子、銅離子、氯離子等，步驟Ⅱ加入氫氧化鈣，調(diào)節(jié)PH=4，生成氫氧化鐵沉淀，沉淀B為Fe（OH）₃，溶液C中主要含有銅離子、氯離子等，步驟Ⅲ中加入FeS，F(xiàn)eS能溶于pH＜4的酸性溶液，Cu²⁺+FeS=CuS+Fe²⁺，得到CuS，亞鐵離子轉(zhuǎn)化成氫氧化鐵進(jìn)行回收，溶液D調(diào)節(jié)PH=7，處理成達(dá)標(biāo)水．
（1）根據(jù)含銅酸性污水c（H⁺）=0.1mol/L，pH=-lg[c（H⁺）]分析；
（2）含銅酸性污水加入次氯酸鈉，次氯酸根離子具有氧化性，氧化污水中具有還原性的亞鐵離子，兩者發(fā)生氧化還原反應(yīng)；
（3）步驟Ⅱ加入氫氧化鈣，調(diào)節(jié)PH=4，使Fe（OH）₃沉淀完全，防止步驟Ⅲ中加入FeS過(guò)量溶解；
（4）步驟Ⅱ中只需加入Ca（OH）₂調(diào)節(jié)溶液的pH=7，c（OH^-）=10^-7mol/L，根據(jù)Cu（OH）₂存在如下平衡：Cu（OH）₂（s）?Cu²⁺（aq）+2OH^-（aq），計(jì)算c（Cu²⁺）；
（5）步驟Ⅲ中加入FeS，硫化亞鐵和銅離子發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，該過(guò)程不選用易溶的Na₂S，Na₂S價(jià)格高且引入過(guò)多雜質(zhì)離子；
（6）沉淀B為Fe（OH）₃，步驟Ⅲ中加入FeS，得到CuS，亞鐵離子轉(zhuǎn)化成氫氧化鐵進(jìn)行回收．

解答 解：含銅酸性污水加入次氯酸鈉，次氯酸根離子具有氧化性，氧化污水中具有還原性的亞鐵離子2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺=2Fe³⁺+Cl^-+H₂O，溶液A主要含有鐵離子、銅離子、氯離子等，步驟Ⅱ加入氫氧化鈣，調(diào)節(jié)PH=4，生成氫氧化鐵沉淀，沉淀B為Fe（OH）₃，溶液C中主要含有銅離子、氯離子等，步驟Ⅲ中加入FeS，F(xiàn)eS能溶于pH＜4的酸性溶液，Cu²⁺+FeS=CuS+Fe²⁺，得到CuS，溶液D調(diào)節(jié)PH=7，處理成達(dá)標(biāo)水．
（1）含銅酸性污水c（H⁺）=0.1mol/L，pH=-lg[c（H⁺）]=-lg[0.1]=1，故答案為：1；
（2）含銅酸性污水加入次氯酸鈉，次氯酸根離子具有氧化性，氧化污水中具有還原性的亞鐵離子2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺=2Fe³⁺+Cl^-+H₂O，
故答案為：2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺=2Fe³⁺+Cl^-+H₂O；
（3）Fe（OH）₃存在如下平衡：Fe（OH）₃（s）?Fe³⁺（aq）+3OH^-（aq），F(xiàn)e（OH）₃飽和溶液中c（Fe³⁺）=0.04mol•L^-1，F(xiàn)e（OH）₃?Fe³⁺+3OH^-生成的氫氧根c（OH^-）=0.12mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{0.12}$mol/L≈8.3×10^-12mol/L，PH=12-lg8.3，步驟Ⅱ加入氫氧化鈣，調(diào)節(jié)PH=4，使Fe（OH）₃沉淀完全，F(xiàn)eS能溶于pH＜4的酸性溶液，防止步驟Ⅲ中加入FeS過(guò)量溶解，
故答案為：使沉淀完全，防止沉淀，防止FeS溶解；
（4）步驟Ⅱ中只需加入Ca（OH）₂調(diào)節(jié)溶液的pH=7，c（OH^-）=10^-7mol/L，Cu（OH）₂（s）?Cu²⁺（aq）+2OH^-（aq），氫氧化銅沉淀，溶液中c（Cu²⁺）=2.2×10^-20÷（10^-7）²=2.2×10^-6mol•L^-1，大于國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)c（Cu²⁺）≤1.0×10^-7mol•L^-1，所以不合理，
故答案為：不合理；pH=7時(shí)溶液中c（Cu²⁺）=2.2×10^-20÷（10^-7）²=2.2×10^-6mol•L^-1，大于國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)c（Cu²⁺）≤1.0×10^-7mol•L^-1；
（5）步驟Ⅲ中加入FeS，F(xiàn)eS能溶于pH＜4的酸性溶液，Cu²⁺+FeS=CuS+Fe²⁺，得到CuS，該過(guò)程不選用易溶的Na₂S，Na₂S價(jià)格高且引入過(guò)多雜質(zhì)離子鈉離子和硫離子，
故答案為：Cu²⁺+FeS=CuS+Fe²⁺；Na₂S價(jià)格高且引入過(guò)多雜質(zhì)離子；
（6）調(diào)節(jié)PH=4，沉淀B為Fe（OH）₃，步驟Ⅲ中加入FeS，F(xiàn)eS能溶于pH＜4的酸性溶液，Cu²⁺+FeS=CuS+Fe²⁺，得到CuS，亞鐵離子轉(zhuǎn)化成氫氧化鐵進(jìn)行回收，上述整個(gè)處理工藝中，可以回收的金屬化合物有Fe（OH）₃、CuS，
故答案為：Fe（OH）₃、CuS．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了工藝流程圖的分析判斷，解答本題要充分理解各種物質(zhì)的性質(zhì)，從而得出正確的結(jié)論，應(yīng)熟悉混合物的分離方法，掌握沉淀與PH關(guān)系是解答關(guān)鍵，題目難度中等．