Question

工業(yè)廢水隨意排放會造成嚴重污染，根據(jù)成分不同可采用不同的處理方法．
（1）電池生產(chǎn)工業(yè)廢水中常含有Cu²⁺等重金屬離子，常用FeS等難溶物質(zhì)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(chǎn)生的SO₂氣體通入下列溶液中，能夠產(chǎn)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0.2mol?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(chǎn)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(chǎn)生的X氣體可直接排放到大氣中．a(chǎn)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(shù)為1.8×10^-5，NH₄⁺的水解平衡常數(shù)為1.5×10^-8（水解平衡也是一種化學平衡，其平衡常數(shù)即水解常數(shù)），則該溫度下水的離子積常數(shù)為

 

，請判斷T

 

25℃（填“＞”“＜”“=”）．

Answer 1

考點：常見的生活環(huán)境的污染及治理,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉化的本質(zhì),電解原理,二氧化硫的污染及治理

專題：化學應用

分析：（1）①沉淀轉移的方向是向著更難溶的方向移動，通過Ksp的大小可知那種物質(zhì)更加難溶；
②亞硫酸鋇溶于鹽酸，不溶于堿性溶液，硝酸可以把亞硫酸根氧化為硫酸根，而硫酸鋇既不溶于水也不溶于酸；
③酸性溶液為亞硫酸氫溶液，亞硫酸根的電離程度大于水解程度，即亞硫酸根以電離為主；
（2）Fe為活性電極，活性電極作陽極電極本身放電，惰性電極作陽極時，電解液中的陰離子放電；Cr₂O₇^2-轉化為Cr（OH）₃需要還原劑．
（3）氨氣作燃料應充入負極區(qū)，堿性燃料電池氫氧根離子常參與電極反應，氨氣中的N失去電子化合價升高，由于X無污染可以確定X為氮氣，根據(jù)Kw=Kh×Kb代入計算即可，Kw與溫度成正比，以此判斷T與25℃的大�。�

解答： 解：（1）①由于Ksp（FeS）＞Ksp（CuS），所以在相同條件下CuS的溶解度更小，沉淀會向著生成CuS的方向進行，故離子方程式為FeS（s）+Cu²⁺（aq）=CuS（s）+Fe²⁺（aq），故答案為：①FeS（s）+Cu²⁺（aq）=CuS（s）+Fe²⁺（aq）；
②a、Ba（NO₃）₂ 中有硝酸根離子，二氧化硫通入后生成亞硫酸，亞硫酸電離出氫離子，就相當于硝酸了．硝酸氧化亞硫酸成硫酸，硫酸根離子和鋇離子結合生成硫酸鋇沉淀，故a可選；
b、因為亞硫酸鋇溶于鹽酸，較弱酸不能制備較強酸，所以不能生成沉淀，故b不可選；
c、二氧化硫和氫氧根反應生成亞硫酸根離子，鋇離子和亞硫酸根離子結合生成亞硫酸鋇沉淀，故c可選；
d、與b項相比，溶有氨氣的BaCl₂溶液呈堿性，在堿性溶液中可以生成亞硫酸鋇沉淀，故d可選；
故答案為：acd；
③足量的二氧化硫與氫氧化鈉反應生成亞硫酸氫鈉，得到的溶液即為亞硫酸氫鈉溶液，溶液呈酸性說明亞硫酸根的電離程度大于其水解程度，鈉離子既不電離也不水解，所以[Na⁺]＞[HSO₃^-]，氫離子除了來源于HSO₃^-的電離還來源于水的電離，所以[H⁺]＞[SO₃^2-]，由于電離程度比較微弱所以[HSO₃^-]＞[H⁺]，溶液呈酸性所以[OH^-]最小，因此各離子濃度的大小關系為[Na⁺]＞[HSO₃^-]＞[H⁺]＞[SO₃^2-]＞[OH^-]，
故答案為：[Na⁺]＞[HSO₃^-]＞[H⁺]＞[SO₃^2-]＞[OH^-]；
（2）鐵作陽極時電極反應式為：Fe-2e^-=Fe²⁺，F(xiàn)e²⁺具有強還原性，可以把Cr₂O₇^2-還原為Cr³⁺，Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，石墨為惰性電極，惰性電極作陽極時電極反應式為：2Cl^--2e^-=Cl₂，而氯氣不能把Cr₂O₇^2-還原為Cr³⁺，
故答案為：因為Fe電極在電解過程中產(chǎn)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(chǎn)生的是
Cl₂，不能將Cr₂O₇^2-還原為Cr³⁺．
（3）在燃料電池中，可燃物充入負極區(qū)，所以NH₃充入的a極作負極；產(chǎn)生的X氣體為氧化產(chǎn)物，可直接排放到大氣中，說明X對大氣無污染，因此X為氮氣，由該燃料電池示意圖可知負極反應產(chǎn)物有水，由于是堿性電池，氫氧根離子也參與負極電極反應，綜上所述可寫出負極反應式：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；根據(jù)公式Kw=Kh×Kb，T℃下Kw=1.5×10^-8×1.8×10^-5=2.7×10^-13；水的電離是吸熱的，所以溫度越高Kw越大，由于2.7×10^-13＞1.0×10^-14，所以T＞25℃，
故答案為：負；2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；2.7×10^-13；＞．

點評：本題綜合性強，其中難溶物的沉淀溶解平衡中涉及沉淀轉移的方向，用Ksp來確定溶解度大小時，陰陽離子比不同的難溶物不可直接比較ksp數(shù)值的大小，溶液中離子濃度大小比較中要判斷出溶液的溶質(zhì)是什么，電離和水解那個程度更大，書寫陽極電極反應時一定要先看是活性電極還是惰性電極，記住Kw=Kh×Kb可快速解題．本題考查原理較多，注重考查學生信息的整合能力以及分析問題解決問題的能力．