Question

14．硫化钠主要用于皮革、毛纺、高档纸张、染料等行业．生产硫化钠大多采用无水芒硝（Na₂SO₄）-炭粉还原法，其流程示意图如图1：

（1）上述流程中“碱浸”后，物质A 必须经过过滤（填写操作名称）处理后，方可“煅烧”；若煅烧所得气体为等物质的量的CO 和CO₂，写出煅烧时发生的总的化学反应方程式为3Na₂SO₄+8C $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3Na₂S+4CO₂↑+4CO↑．
（2）上述流程中采用稀碱液比用热水更好，理由是热水会促进Na₂S水解，而稀碱液能抑制Na₂S水解．
（3）取硫化钠晶体（含少量NaOH）加入到硫酸铜溶液中，充分搅拌．若反应后测得溶液的pH=4，则此时溶液中c（ S₂^-）=4×10^-36mol/L．（已知：常温时CuS、Cu（OH）₂的K_sp 分别为8.8×10^-36、2.2×10^-20）
（4）①皮革工业废水中的汞常用硫化钠除去，汞的去除率与溶液的pH 和x（x 代表硫化钠的实际用量与理论用量的比值）有关（如图所示）．为使除汞效果最佳，应控制的条件是x=12、pH介于9～10之间．
②某毛纺厂废水中含0.001mol•L^-1的硫化钠，与纸张漂白后的废水（含0.002mol•L^-1NaClO）按1：2 的体积比混合，能同时较好处理两种废水，处理后的废水中所含的主要阴离子有SO₄^2-、Cl^-．

Answer 1

分析 根据图1可知，制备硫化钠晶体的流程为：无水芒硝（Na₂SO₄）与碳在高温煅烧反应：3Na₂SO₄+8C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3Na₂S+4CO₂↑+4CO↑，由于硫离子水解，则用稀碱溶液浸泡抑制硫离子水解，通过精制获得硫化钠晶体，
（1）从获得固体A的原混合物状态分析操作方法，由于煅烧时加入过量的炭粉，且固体A可以分离并进行煅烧的应用分析A是什么物质；依据题干信息可知生成物中除含有硫化钠外还含有一氧化碳和二氧化碳，以及两种碳的氧化物分子个数比是1：1进行分析判断即可；
（2）依据硫化钠溶液中硫离子水解显碱性的水解平衡影响因素分析判断；
（3）常温时CuS、Cu（OH）₂的Ksp，依据溶度积常数计算得到，依据溶液PH计算溶液中铜离子浓度，依据CuS的Ksp计算得到硫离子的浓度；
（4）①依据图象中曲线分析，汞去除率最佳PH和x的取值；
②依据硫化钠和次氯酸钠在溶液中发生的氧化还原反应电子守恒计算分析判断．

解答 解：（1）由于固体A是从液体中获得，所以得到A的操作是过滤，由于煅烧时加入过量的炭粉，且固体A可以分离并进行煅烧的应用可知A是炭粉，化学式为C；从题干信息可知生成物中除含有硫化钠外还含有一氧化碳和二氧化碳，而反应物是硫酸钠和碳，根据煅烧时一氧化碳和二氧化碳的分子个数比是1：1，所以可设两种气体的化学计量数分别是1和1，可得该反应的方程式为：$\frac{3}{4}$Na₂SO₄+2C $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$$\frac{3}{4}$Na₂S+1CO₂↑+1CO↑，该反应两边同乘以4所得的反应方程式为：3Na₂SO₄+8C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3Na₂S+4CO₂↑+4CO↑，
故答案为：过滤；3Na₂SO₄+8C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3Na₂S+4CO₂↑+4CO↑；
（2）上述流程中采用稀碱液比用热水更好，硫化钠溶液中硫离子水解显碱性，水解过程是吸热反应，加热促进水解进行，稀碱溶液能起到抑制水解的作用，
故答案为：热水会促进Na₂S水解，而稀碱液能抑制Na₂S水解；
（3）取硫化钠晶体（含少量NaOH）加入到硫酸铜溶液中，充分搅拌．若反应后测得溶液的pH=4，常温时CuS、Cu（OH）₂的Ksp分别为8.8×10^-36、2.2×10^-20，
Ksp=c（Cu²⁺）×c²（OH^-）=2.2×10^-20，pH=4，c（OH^-）=10^-10mol/L，c（Cu²⁺）=2.2mol/L，硫化铜中的Ksp=c（Cu²⁺）c（S^2-）=8.8×10^-36、计算得到c（S^2-）=4×10^-36mol/L，
故答案为：4×10^-36mol/L；
（4）①依据图象中曲线分析，汞去除率最佳PH和x的取值是x=12，pH介于9～10之间时汞的去除率最大，接近100%，
故答案为：x=12、pH介于9～10之间；
②某毛纺厂废水中含0.001mol•L^-1的硫化钠，与纸张漂白后的废水（含0.002mol•L^-1 NaClO）按1：2的体积比混合，能同时较好处理两种废水，次氯酸钠和硫化钠发生氧化还原反应，n（Na₂S）：n（NaClO）=0.001mol/L×1：0.002mol•L^-1×2=1：4，依据电子守恒分析可知，Na₂S+4NaClO=Na₂SO₄+4NaCl，处理后的废水中所含的主要阴离子有SO₄^2-、Cl^-，
故答案为：SO₄^2-、Cl^-．

点评 本题是物质制备的考查题，主要是化学方程式书写方法，溶度积常数的计算分析，氧化还原反应电子守恒的计算应用，掌握基础是关键，题目难度中等．