Question

1．欲将某铜矿加工厂产生的含铜酸性污水（如表-1所示）处理成达标水，并回收某些金属化合物，设计如下工艺流程：

相关信息：
①含铜酸性污水主要污染物离子（见表-1）
表-1

离子	H+	Cu2+	Fe3+	Fe2+
浓度/（mol/L）	0.1	0.05	0.04	0.002

②国家规定含铜污水排放标准为：pH=7；c（Cu²⁺）≤1.0×10^-7mol•L^-1；铁元素含量低于1.0×10^-5mol•L^-1．
③FeS能溶于pH＜4的酸性溶液．
④25℃时，某些难溶电解质的溶度积（K_sp） （见表-2）
表-2

物质	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

请回答：
（1）该含铜酸性污水的pH=1．
（2）步骤Ⅰ中所发生的主要反应的离子方程式为2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺=2Fe³⁺+Cl^-+H₂O．
（3）步骤II中，调节溶液的pH=4的目的为使沉淀完全，防止沉淀，防止FeS溶解．
（4）有人认为，步骤II中只需加入Ca（OH）₂调节溶液的pH=7，即可将污水处理成符合标准的达标水，该观点不合理（填“合理”或“不合理”），试通过简单计算说明理由pH=7时溶液中c（Cu²⁺）=2.2×10^-20÷（10^-7）²=2.2×10^-6mol•L^-1，大于国家规定的排放标准c（Cu²⁺）≤1.0×10^-7mol•L^-1．
（5）步骤III中所发生的主要反应的离子方程式为Cu²⁺+FeS=CuS+Fe²⁺；该过程不选用易溶的Na₂S作沉淀剂，其原因可能为Na₂S价格高且引入过多杂质离子．
（6）上述整个处理工艺中，可以回收的金属化合物有Fe（OH）₃、CuS（填化学式）．

Answer 1

分析 含铜酸性污水加入次氯酸钠，次氯酸根离子具有氧化性，氧化污水中具有还原性的亚铁离子2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺=2Fe³⁺+Cl^-+H₂O，溶液A主要含有铁离子、铜离子、氯离子等，步骤Ⅱ加入氢氧化钙，调节PH=4，生成氢氧化铁沉淀，沉淀B为Fe（OH）₃，溶液C中主要含有铜离子、氯离子等，步骤Ⅲ中加入FeS，FeS能溶于pH＜4的酸性溶液，Cu²⁺+FeS=CuS+Fe²⁺，得到CuS，亚铁离子转化成氢氧化铁进行回收，溶液D调节PH=7，处理成达标水．
（1）根据含铜酸性污水c（H⁺）=0.1mol/L，pH=-lg[c（H⁺）]分析；
（2）含铜酸性污水加入次氯酸钠，次氯酸根离子具有氧化性，氧化污水中具有还原性的亚铁离子，两者发生氧化还原反应；
（3）步骤Ⅱ加入氢氧化钙，调节PH=4，使Fe（OH）₃沉淀完全，防止步骤Ⅲ中加入FeS过量溶解；
（4）步骤Ⅱ中只需加入Ca（OH）₂调节溶液的pH=7，c（OH^-）=10^-7mol/L，根据Cu（OH）₂存在如下平衡：Cu（OH）₂（s）?Cu²⁺（aq）+2OH^-（aq），计算c（Cu²⁺）；
（5）步骤Ⅲ中加入FeS，硫化亚铁和铜离子发生复分解反应，该过程不选用易溶的Na₂S，Na₂S价格高且引入过多杂质离子；
（6）沉淀B为Fe（OH）₃，步骤Ⅲ中加入FeS，得到CuS，亚铁离子转化成氢氧化铁进行回收．

解答 解：含铜酸性污水加入次氯酸钠，次氯酸根离子具有氧化性，氧化污水中具有还原性的亚铁离子2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺=2Fe³⁺+Cl^-+H₂O，溶液A主要含有铁离子、铜离子、氯离子等，步骤Ⅱ加入氢氧化钙，调节PH=4，生成氢氧化铁沉淀，沉淀B为Fe（OH）₃，溶液C中主要含有铜离子、氯离子等，步骤Ⅲ中加入FeS，FeS能溶于pH＜4的酸性溶液，Cu²⁺+FeS=CuS+Fe²⁺，得到CuS，溶液D调节PH=7，处理成达标水．
（1）含铜酸性污水c（H⁺）=0.1mol/L，pH=-lg[c（H⁺）]=-lg[0.1]=1，故答案为：1；
（2）含铜酸性污水加入次氯酸钠，次氯酸根离子具有氧化性，氧化污水中具有还原性的亚铁离子2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺=2Fe³⁺+Cl^-+H₂O，
故答案为：2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺=2Fe³⁺+Cl^-+H₂O；
（3）Fe（OH）₃存在如下平衡：Fe（OH）₃（s）?Fe³⁺（aq）+3OH^-（aq），Fe（OH）₃饱和溶液中c（Fe³⁺）=0.04mol•L^-1，Fe（OH）₃?Fe³⁺+3OH^-生成的氢氧根c（OH^-）=0.12mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{0.12}$mol/L≈8.3×10^-12mol/L，PH=12-lg8.3，步骤Ⅱ加入氢氧化钙，调节PH=4，使Fe（OH）₃沉淀完全，FeS能溶于pH＜4的酸性溶液，防止步骤Ⅲ中加入FeS过量溶解，
故答案为：使沉淀完全，防止沉淀，防止FeS溶解；
（4）步骤Ⅱ中只需加入Ca（OH）₂调节溶液的pH=7，c（OH^-）=10^-7mol/L，Cu（OH）₂（s）?Cu²⁺（aq）+2OH^-（aq），氢氧化铜沉淀，溶液中c（Cu²⁺）=2.2×10^-20÷（10^-7）²=2.2×10^-6mol•L^-1，大于国家规定的排放标准c（Cu²⁺）≤1.0×10^-7mol•L^-1，所以不合理，
故答案为：不合理；pH=7时溶液中c（Cu²⁺）=2.2×10^-20÷（10^-7）²=2.2×10^-6mol•L^-1，大于国家规定的排放标准c（Cu²⁺）≤1.0×10^-7mol•L^-1；
（5）步骤Ⅲ中加入FeS，FeS能溶于pH＜4的酸性溶液，Cu²⁺+FeS=CuS+Fe²⁺，得到CuS，该过程不选用易溶的Na₂S，Na₂S价格高且引入过多杂质离子钠离子和硫离子，
故答案为：Cu²⁺+FeS=CuS+Fe²⁺；Na₂S价格高且引入过多杂质离子；
（6）调节PH=4，沉淀B为Fe（OH）₃，步骤Ⅲ中加入FeS，FeS能溶于pH＜4的酸性溶液，Cu²⁺+FeS=CuS+Fe²⁺，得到CuS，亚铁离子转化成氢氧化铁进行回收，上述整个处理工艺中，可以回收的金属化合物有Fe（OH）₃、CuS，
故答案为：Fe（OH）₃、CuS．

点评 本题考查了工艺流程图的分析判断，解答本题要充分理解各种物质的性质，从而得出正确的结论，应熟悉混合物的分离方法，掌握沉淀与PH关系是解答关键，题目难度中等．