Question

某校化学课外活动小组积极开展环保活动．他们对学校所在地的一所化工厂排出的污水进行多次检测，发现其中含有大量的Zn²⁺、Hg²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺四种金属离子，如不处理会对环境造成污染．为防止汞污染并回收铜，同学们设计了如下的实验方案：
方案一：污水

NaOH溶液，过滤

沉淀

△

②

CuO

H2，△

③

Cu
方案二：污水

过量铁粉，过滤

①

滤渣

△

②

CuO

H2，△

③

Cu
方案三：污水

过量铁粉，过滤

①

滤渣

稀盐酸，过滤

②

滤渣

△

③

CuO

H2，△

④

Cu
（1）三种实验方案中能制得纯净Cu的方案是

方案三

（2）在能制得纯净铜的方案中，实验上仍会导致环境污染（空气污染）的操作步骤是

③

（选填①、②、③、④），污染的原因是

滤渣中的汞（液态，附着在铜上）在加热时挥发到空气中

，改进方法是

在加热装置上连接一个冷却装置，将汞蒸气冷凝回收

．

Answer 1

分析：方案一：从污水加入氢氧化钠后会生成多种难溶碱，加热后会生成多种氧化物分析判断；
方案二：从污水中加入过量的铁粉分析滤渣的成分即可；
方案二：从污水中加入过量的铁粉后得滤渣的成分，再依据滤渣与盐酸反应后的剩余滤渣的成分进行分析判断；

解答：解：方案一：污水加入氢氧化钠后会生成多种难溶碱，主要有氢氧化铁、氢氧化锌和氢氧化铜等，因为这三种沉淀加热后均会分解生成氧化物和水，所以不能得到纯净的氧化铜，更不能得到纯净的铜．
方案二：由于铁的活动性比铜和汞都强，所以污水中加入过量的铁粉时滤渣的成分除铜、汞外还含有剩余的铁，所以加热滤渣不会得到纯净的氧化铜，故也不能得到纯净的铜；
方案二：由于铁的活动性比铜和汞都强，所以污水中加入过量的铁粉后得滤渣的成分主要是铜、汞和剩余的铁，滤渣中铜汞不能与与盐酸反应，而铁能反应，此时滤渣就变成了铜与汞的混合物，加热汞转化成汞蒸气挥发出来，铜与氧气反应生成了氧化铜，氧化铜采用氢气还原可得纯净的铜；
从该过程可以看出该步骤中③是汞的污染环节，要想防止汞污染的产生就得需要对汞蒸气进行处理，以防止汞蒸气挥发到空气中导致污染；
故答案为（1）方案三；
（2）③；滤渣中的汞（液态，附着在铜上）在加热时挥发到空气中；  在加热装置上连接一个冷却装置，将汞蒸气冷凝回收；

点评：此题是一道实验方案设计题，解题的关键是要知道实验方案中设计目的可行性，并结合环保要求对污染进行处理的方法．