Question

（10分）隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，產(chǎn)生的廢水對水體的污染也日趨嚴(yán)重。通過控制溶液的pH對工業(yè)廢水中的金屬離子進(jìn)行分離是實際工作中經(jīng)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(shù))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(yīng)pH時溶液中有關(guān)金屬離子產(chǎn)生沉淀的最小濃度；當(dāng)溶液中金屬離子濃度小于10^-5 mol•L^-1時通常認(rèn)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(yè)廢水，采用如下方法：向廢水中加人適量NaCl，以Fe為電極進(jìn)行電解，經(jīng)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(biāo)準(zhǔn)。

①Cr₂O₇^2-轉(zhuǎn)變?yōu)镃r³⁺的離子方程式為______________________。

②pH對廢水中Cr₂O₇^2-去除率的影響如圖。你認(rèn)為電解過程中溶液的pH取值在______范圍內(nèi)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(zhuǎn)化在生產(chǎn)中也有重要應(yīng)用。例如，用Na₂CO₃溶液可以將鍋爐水垢中的CaSO₄轉(zhuǎn)化為較疏松而易清除的CaCO₃，該沉淀轉(zhuǎn)化達(dá)到平衡時，其平衡常數(shù)K＝_________(寫數(shù)值)。[已知Ksp (CaSO₄)=9.1x10^-6，Ksp (CaCO₃)=2.8×10^-9]

 

Answer 1

【答案】

（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�。�2分）

（3）3.25×10³（2分）

【解析】（1）由所給數(shù)據(jù)可看出，F(xiàn)e³⁺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(jìn)行電解，鐵作陽極鐵電子生成Fe²⁺：Fe —2e^—=Fe²⁺，F(xiàn)e²⁺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(nèi)對降低廢水中的鉻含量最有利

（3）由轉(zhuǎn)化方程式得：K＝Ksp (CaSO₄)=9.1x10^-6 / Ksp (CaCO₃)= 3.25×10³