Question

18．某工业废水中含有CN^-和Cr₂O₇^2-等离子，需经污水处理达标后才能排放，污水处理厂拟用下列流程进行处理，回答下列问题：

（1）步骤②中，CN^-被ClO^-氧化为CNO^-的离子方程式为：CN^-+ClO^-═CNO^-+Cl^-．
（2）步骤③的反应为S₂O₃^2-+Cr₂O₇^2-+H⁺-→SO₄^2-+Cr³⁺+H₂O（未配平），则每消耗0.4mol Cr₂O₇^2-转移2.4mol e^-．
（3）含Cr³⁺废水可以加入熟石灰进一步处理，目的是调节废水pH，使其转化成Cr（OH）₃沉淀除去．
（4）在25℃下，将a mol•L^-1的NaCN溶液与0.01mol•L^-1的盐酸等体积混合，反应后测得溶液pH=7，则a＞0.01（填“＞”、“＜”或“=”）；用含a的代数式表示HCN的电离常数K_a=（100a-1）×10^-7 mol•L^-1．
（5）取工业废水水样于试管中，加入NaOH溶液观察到有蓝色沉淀生成，继续加至不再产生蓝色沉淀为止，再向溶液中加入足量Na₂S溶液，蓝色沉淀转化成黑色沉淀．该过程中反应的离子方程是：Cu²⁺+2OH^-═Cu（OH）₂↓，Cu（OH）₂（s）+S^2-（aq）═CuS（s）+2OH^-（aq）．

Answer 1

分析 由流程可知，CN^-废水调整溶液pH加入NaClO溶液，氧化CN^-离子反应生成CNO^-的废水，含Cr₂O₇^2-的废水调整溶液pH加入Na₂S₂O₃发生氧化还原反应得到含硫酸根离子的废水，处理的废水继续处理得到待测水样；
（1）碱性条件下，CN^-离子与NaClO发生氧化还原反应生成CNO^-、Cl^-离子，据此写出离子方程式；
（2）Cr元素的化合价由+6价降低为+3价，结合化合价计算转移电子；
（3）Cr³⁺废水有毒，可使Cr³⁺生成沉淀过滤除去；
（4）反应后测得溶液pH=7，则可推知NaCN过量，根据电荷守恒和物料守恒即可计算出CN^-和HCN的浓度，进而计算出K_a；
（5）待检水样中还有Cu²⁺，加碱发生Cu²⁺+2OH^-═Cu（OH）₂↓，再加入Na₂S溶液，CuS比Cu（OH）₂更难溶，则发生沉淀的转化．

解答 解：由流程可知，CN^-废水调整溶液pH加入NaClO溶液，氧化CN^-离子反应生成CNO^-的废水，含Cr₂O₇^2-的废水调整溶液pH加入Na₂S₂O₃发生氧化还原反应得到含硫酸根离子的废水，处理的废水继续处理得到待测水样．
（1）碱性条件下，CN^-离子与NaClO发生氧化还原反应生成CNO^-、Cl^-离子，离子反应为：CN^-+ClO^-═CNO^-+Cl^-，
故答案为：CN^-+ClO^-═CNO^-+Cl^-；
（2）根据0.4 mol Cr₂O₇^2-等转化为Cr³⁺，铬元素化合价降低3价，0.4molCr₂O₇^2-共得到了0.4×（2×3）mol=2.4mol，
故答案为：2.4；
（3）含Cr³⁺废水可以加入熟石灰进一步处理，目的是调节废水pH，使其转化成Cr（OH）₃沉淀除去，
故答案为：调节废水pH，使其转化成Cr（OH）₃沉淀除去；
（4）由于反应后测得溶液pH=7，当a=0.01时，恰好反应，生成了氰化氢溶液，溶液显示酸性，则氰化钠应该多些，故a＞0.01；
由电荷守恒c（Na⁺）+c（H⁺）=c（OH^-）+c（CN^-）+c（Cl^-）及pH=7，可知c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7 mol•L^-1，c（CN^-）=c（Na⁺）-c（Cl^-）=$\frac{a}{2}$mol/L-$\frac{0.01}{2}$mol/L，
再根据物料守恒：c（CN^-）+c（HCN）=c（Na⁺）=$\frac{a}{2}$mol/L；K_a﹦$\frac{c（{H}^{+}）c（C{N}^{-}）}{c（HCN）}$=$\frac{1{0}^{-7}×（\frac{a}{2}-\frac{0.01}{2}）}{\frac{0.01}{2}}$=（100a-1）×10^-7 mol•L^-1；
故答案为：＞；（100a-1）×10^-7 mol•L^-1；
（5）蓝色沉淀为Cu（OH）₂，CuS（s）比Cu（OH）₂（s）更难溶，发生了沉淀的转化，涉及的离子反应方程式为Cu²⁺+2OH^-═Cu（OH）₂↓、Cu（OH）₂（s）+S^2-（aq）═CuS（s）+2OH^-（aq），
故答案为：Cu²⁺+2OH^-═Cu（OH）₂↓；Cu（OH）₂（s）+S^2-（aq）═CuS（s）+2OH^-（aq）．

点评 本题以污水处理流程综合考查混合物分离提纯，为高频考点，涉及氧化还原反应、离子方程式、水溶液中的离子平衡、离子浓度、电离常数、沉淀溶解平衡等电解质溶液的相关知识，综合性较强，侧重考查学生的知识运用能力、灵活分析处理实际问题的能力，题目难度中等．