Question

12．（一）最近雾霾天气又开始肆虐我国大部分地区．其中SO₂是造成空气污染的主要原因，利用钠碱循环法可除去SO₂．
（1）钠碱循环法中，吸收液为Na₂SO₃溶液，该吸收反应的离子方程式是SO₃^2-+SO₂+H₂O=2HSO₃^-．
（2）已知H₂SO₃的电离常数为 K₁=1.54×10^-2，K₂=1.02×10^-7，H₂CO₃的电离常数为 K₁=4.30×10^-7，K₂=5.60×10^-11，则下列微粒可以共存的是BC．
A．CO₃^2-、HSO₃^-    B．HCO₃^-、HSO₃^-
C．SO₃^2-、HCO₃^-D．H₂SO₃、HCO₃^-
（二）我国是世界上发现和使用铜及铜器最早的国家之一，直到现在铜及其化合物在工农业生产中仍然有着广泛的应用．
（3）常温下Cu₂O能溶于稀硫酸，得到蓝色溶液和红色固体，可以利用该性质检验工业上冶炼铜得到的粗铜中是否含有Cu₂O，写出此反应的离子方程式Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O．
（4）刻蚀印刷电路的废液中含有大量的CuCl₂、FeCl₂、FeCl₃，任意排放将导致环境污染和资源的浪费，为了使FeCl₃循环利用和回收CuCl₂，现设计如下生产过程：

①试剂Y的名称盐酸；物质X可以是CuO（填化学式）．
②若常温下1L废液中含CuCl₂、FeCl₂、FeCl₃的物质的量浓度均为0.5mol•L^-1，则加入Cl₂气和物质X使溶液的pH在3.0～4.3 范围时（设溶液体积保持不变），铁元素完全转化为Fe（OH）₃，而CuCl₂不产生沉淀．（某离子的浓度小于1.0×10^-5mol•^-1时，认为该离子沉淀完全）（ K_SP[Fe（OH）₃]=1.0×10^-38、K_SP[Cu（OH）₂]=2.0×10^-20、lg5=0.7）
（三）CO₂可用NaOH溶液吸收得到Na₂CO₃或NaHCO₃．
（5）Na₂CO₃俗称纯碱，解释其水溶液呈碱性的原因，用离子方程式表示CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，该溶液中c（OH^-）-c（H⁺）=c（HCO₃^- ）+2c（H₂CO₃）[用含c（HCO^-₃）、c（H₂CO₃）的关系式表示]
（6）已知25℃时，Na₂CO₃溶液的水解常数为K_b=2×10^-4，则当溶液中c（HCO₃^-）：c（CO₃^2-）=2：1时，试求溶液的pH=10．

Answer 1

分析 （一）（1）SO₂被Na₂SO₃溶液吸收生成亚硫酸氢钠；
（2）根据Ka越大酸性越强，根据酸性较强的能与酸性较弱的酸根离子反应；
（二）（3）常温下Cu₂O能溶于稀硫酸，得到蓝色溶液和红色固体，生成硫酸铜与Cu，根据元素守恒可知，还生成水，配平书写离子方程式；
（4）①W中含有CuCl₂、FeCl₃，加入X使铁离子转化为氢氧化铁沉淀，加入的X由于调节溶液pH值，且不引入杂质，X为CuO等，氢氧化铁与Y转化为氯化铁而重复利用，Y为盐酸；
②根据铜离子浓度计算溶液的最大pH值，当溶液中铁离子浓度为10^-5mol/L时沉淀完全，溶液的最小pH值，据此根据溶度积计算溶液中氢氧根浓度，进而计算溶液pH值；
（三）（5）碳酸钠是强碱弱酸盐，能发生水解生成碳酸氢钠和氢氧化钠而使溶液呈碱性；根据原子守恒和电荷守恒计算c（OH^-）-c（H⁺）的值；
（6）依据水解平衡常数和电离平衡常数计算溶液PH．

解答 解：（一）（1）SO₂被Na₂SO₃溶液吸收生成亚硫酸氢钠，离子反应为SO₃^2-+SO₂+H₂O=2HSO₃^-，
故答案为：SO₃^2-+SO₂+H₂O=2HSO₃^-；
（2）已知Ka越大酸性越强，酸性较强的能与酸性较弱的酸根离子反应，由于HCO₃^-的酸性小于HSO₃^-的酸性，所以HCO₃^-与SO₃^2-不反应，即BC能共存，
故答案为：BC；
（二）（3）常温下Cu₂O能溶于稀硫酸，得到蓝色溶液和红色固体，生成硫酸铜与Cu，根据元素守恒可知，还生成水，反应离子方程式为：Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O，
故答案为：Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O；
（4）①W中含有CuCl₂、FeCl₃，加入X使铁离子转化为氢氧化铁沉淀，加入的X由于调节溶液pH值，且不引入杂质，X为CuO等，氢氧化铁与Y转化为氯化铁而重复利用，Y为盐酸，
故答案为：盐酸；CuO；
②铜离子开始沉淀时，溶液中c（OH^-）=$\sqrt{\frac{Ksp[Cu（OH）_{2}]}{c（C{u}^{2+}）}}$=$\sqrt{\frac{2×1{0}^{-20}}{0.5}}$=2×10^-10mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{2×1{0}^{-10}}$=5×10^-5mol/L，故溶液的最大pH=-lg5×10^-5=4.3，铁离子浓度开始沉淀时，溶液中c（OH^-）=$\root{3}{\frac{Ksp[Fe（OH）_{3}]}{c（F{e}^{3+}）}}$=$\root{3}{\frac{1.0×1{0}^{-38}}{1×1{0}^{-5}}}$=10^-11mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-11}}$=10^-3mol/L，故溶液的最小pH=-lg10^-3=3.0，故溶液pH应控制在3.0～4.3之间，
故答案为：3.0～4.3；
（三）（5）碳酸钠是强碱弱酸盐，能发生两步水解，第一步水解生成碳酸氢根离子和氢氧根离子，水解方程式为：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-；根据原子守恒和电荷守恒计算c（OH^-）-c（H⁺）的值，根据碳原子守恒得，c（CO₃^2-）+c（HCO₃^- ）+c（H₂CO₃）=0.1mol/L，根据溶液中电荷守恒得：2×c（CO₃^2-）+c（HCO₃^- ）+c（OH^-）=c（Na⁺ ）+c（H⁺ ），c（Na⁺ ）=0.2mol/L，所以c（OH^-）-c（H⁺）=c（HCO₃^- ）+2c（H₂CO₃），
故答案为：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-；c（HCO₃^- ）+2c（H₂CO₃）；
（6）Kb=$\frac{c（HC{{O}_{3}}^{-}）•c（O{H}^{-}）}{c（C{O}_{3}{\;}^{2-}）}$=2×10^-4，又c（HCO₃^-）：c（CO₃^2-）=2：1，则c（OH^-）=10^-4，结合K_W=10^-14，可得c（H⁺）=10^-10，pH=10，
故答案为：10．

点评 本题考查了污染物的处理方法，综合性较强，涉及到离子方程式、无机物推断、溶度积的有关计算、盐类的水解和弱电解质的电离、离子浓度大小的比较等知识点，题目难度较大，难点是根据溶液中电荷守恒和原子守恒计算c（OH^-）-c（H⁺）的值．