某厂的酸性工业废水中含有一定量的Fe3+.Cu2+.Au3+等离子．有人设计了图中的工艺流程.利用常用的酸.碱和工业生产中的废铁屑.从废水中回收金.并生产一定量的铁红和氧化铜．填写下面空白．(1)图中标号处需加入的相应物质分别是① .② .③ .④ .⑤ ．(2)写出①处发生反应的离子方程式．写出③处发生反应的化学方程式 � 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

题目内容

某厂的酸性工业废水中含有一定量的Fe³⁺、Cu²⁺、Au³⁺等离子．有人设计了图中的工艺流程，利用常用的酸、碱和工业生产中的废铁屑，从废水中回收金，并生产一定量的铁红和氧化铜．

填写下面空白．
（1）图中标号处需加入的相应物质分别是①______、②______、③______、④______、⑤______．
（2）写出①处发生反应的离子方程式______．写出③处发生反应的化学方程式______．
（3）铁红的化学式为______；分别写出铁红和氧化铜在工业上的一种主要用途：铁红______；氧化铜______．

【答案】分析：由工艺流程图示知，E为铁元素的离子，而A为铜、金的单质，通过过滤将铁元素与活泼性比它弱的铜、金分离出来，因此①处加入的物质为铁屑，发生的反应为Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑，2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺，Cu²⁺+Fe═Cu+Fe²⁺，2Au³⁺+3Fe═2Au+3Fe²⁺；②处加入稀硫酸以除去铜、金中过量的铁屑，并将过滤后的硫酸亚铁溶液与含Fe²⁺的E溶液相混合；③处利用金不溶于硝酸的性质将铜与金分离开；④处将得到的铜离子用氢氧化钠转化为氢氧化铜沉淀，从而再受热分解为氧化铜；⑤处加入氢氧化钠将亚铁离子转化为氢氧化亚铁沉淀，再利用空气将其转化为氢氧化铁沉淀，最终受热分解为铁红（氧化铁），以此解答题中各小问．
解答：解：由工艺流程图示知，E为铁元素的离子，而A为铜、金的单质，通过过滤将铁元素与活泼性比它弱的铜、金分离出来，因此①处加入的物质为铁屑，发生的反应为Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑，2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺，Cu²⁺+Fe═Cu+Fe²⁺，2Au³⁺+3Fe═2Au+3Fe²⁺；②处加入稀硫酸以除去铜、金中过量的铁屑，并将过滤后的硫酸亚铁溶液与含Fe²⁺的E溶液相混合；③处利用金不溶于硝酸的性质将铜与金分离开；④处将得到的铜离子用氢氧化钠转化为氢氧化铜沉淀，从而再受热分解为氧化铜；⑤处加入氢氧化钠将亚铁离子转化为氢氧化亚铁沉淀，再利用空气将其转化为氢氧化铁沉淀，最终受热分解为铁红（氧化铁）．
（1）由以上分析可知①铁屑；②稀硫酸；③稀硝酸；④氢氧化钠；⑤氢氧化钠，
故答案为：铁屑；稀硫酸；稀硝酸；氢氧化钠；氢氧化钠；
（2）①处加入的物质为铁屑，发生的反应为Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑，2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺，Cu²⁺+Fe═Cu+Fe²⁺，
2Au³⁺+3Fe═2Au+3Fe²⁺；③处利用金不溶于硝酸的性质将铜与金分离开，反应的化学方程式为
3Cu+8HNO₃（稀）=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，
故答案为：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑；2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；Cu²⁺+Fe=Cu+Fe²⁺；2Au³⁺+3Fe=2Au+3Fe²⁺；
3Cu+8HNO₃（稀）=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O；
（3）⑤处加入氢氧化钠将亚铁离子转化为氢氧化亚铁沉淀，再利用空气将其转化为氢氧化铁沉淀，最终受热分解为铁红，常用作红色涂料，氧化铜常用作制造铜盐的原料．
故答案为：Fe₂O₃；用作红色涂料；用作制造铜盐的原料．
点评：本题考查常见金属及其化合物的综合应用，题目难度中等，本题注意铁与多种氧化剂反应的顺序以及氢氧化亚铁易被氧化的性质．

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金属离子	K_sp	pH（10^-1 mol?L^-1）	pH（10^-5 mol?L^-1）
Fe³⁺	4.0×10^-38	2.7	3.7
Cr³⁺	6.0×10^-31	4.3	5.6
Cu²⁺	2.2×10^-20	4.7	6.7
Ca²⁺	4.0×10^-5	12.3	14.3

（1）某厂排出的废水中含有Cu²⁺和Fe³⁺，测得其浓度均小于0.1mol?L^-1．为除去其中的Fe³⁺，回收铜，需控制的pH范围是

3.7≤pH＜4.7

．
（2）为了处理含有Cr₂O₇^2-酸性溶液的工业废水，采用如下方法：向废水中加入适量NaCl，以Fe为电极进行电解，经过一段时间，有Cr（OH）₃和Fe（OH）₃沉淀生成排出，从而使废水中铬含量低于排放标准．
①Cr₂O₇^2-转变为Cr³⁺的离子方程式为

Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O

．

②pH对废水中Cr₂O₇^2-去除率的影响如右图．你认为电解过程中溶液的pH取值在

5～6

范围内对降低废水中的铬含量最有利，请说明理由：

pH越小，Cr₂O₇^2-的去除率越大，但难形成Cr（OH）₃沉淀从废水中分离；pH越大，Cr₂O₇^2-的去除率越小

．
[注：去除率（%）=[（c₀-c）/c_o]×100%，式中：c_o-理前废水中Cr₂O₇^2-的浓度，c-处理后废水中Cr₂O₇^2-的浓度]
（3）沉淀转化在生产中也有重要应用．例如，用Na₂CO₃溶液可以将锅炉水垢中的CaSO₄转化为较疏松而易清除的CaCO₃，该沉淀转化达到平衡时，其平衡常数K=

3.25×10³

（写数值）．[已知K_sp（CaSO₄）=9.1x10^-6，K_sp（CaCO₃）=2.8×10^-9]．

氧化还原反应在化学工业中应用广泛．

Ⅰ、有如图1所示的实验装置．
（1）若用石墨电极电解NaHCO₃溶液，Y电极上产生的气体是

O₂

．
（2）如要在铁上镀铜，则X电极的材料是

铁

，Y电极反应式是

Cu-2e^-=Cu²⁺

．
Ⅱ、某电镀铜厂有两种废水需要处理，一种废水中含有CN^-离子，另一种废水中含Cr₂O₇^2-离子．该厂拟定如图2所示的废水处理流程．
回答以下问题：
（1）②中使用的NaClO溶液呈碱性，原因是

ClO^-+H₂O?HClO+OH^-

（用离子方程式表示）．
（2）③中反应时，每0.4mol Cr₂O₇^2-转移2.4mole^-，该反应的离子方程式为

3S₂O₃^2-+4Cr₂O₇^2-+26H⁺═6SO₄^2-+8Cr³⁺+13H₂O

．
（3）取少量待检水样于试管中，加入过量NaOH溶液，有蓝色沉淀生成．向上述有蓝色沉淀的悬浊液中加入Na₂S溶液，有黑色沉淀生成，且蓝色沉淀逐渐减少．请你使用化学用语，结合必要的文字说明分析其过程

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Cu（OH）₂（s）+S^2-（aq）═CuS（s）+2OH^-（aq）．

．
Ⅲ、工业可用电解法来处理含Cr₂O₇^2-废水．
（1）Fe²⁺与酸性溶液中的Cr₂O₇^2-反应的离子方程式是

Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O

．
（2）实验室利用如图3所示模拟处理含Cr₂O₇^2-的废水（废水中加入适量NaCl以增加溶液的导电性），在阴极区得到金属氢氧化物沉淀．用平衡移动原理解释沉淀出现在阴极附近的原因

阴极反应消耗了水中的H⁺，打破了水的电离平衡，促进了水的电离，使溶液中OH^-浓度增大，溶液的碱性增强

．
（3）用电解法处理该溶液中 0.01mol Cr₂O₇^2-时，得到沉淀的质量是

8.48

g．

（10分）随着工业的迅速发展，产生的废水对水体的污染也日趋严重。通过控制溶液的pH对工业废水中的金属离子进行分离是实际工作中经常使用的方法。下表是常温下金属氢氧化物的Ksp(沉淀溶解平衡常数)和金属离子在某浓度下开始沉淀所需的pH(表中浓度为相应pH时溶液中有关金属离子产生沉淀的最小浓度；当溶液中金属离子浓度小于10^-5 mol?L^-1时通常认为该离子沉淀完全)。

金属离子	Ksp	pH(10^-1 mol?L^-1)	pH(10^-5 mol?L^-1)
Fe³⁺	4.0×10^-38	2.7	3.7
Cr³⁺	6.0×10^-31	4.3	5.6
Cu²⁺	2.2×10^-20	4.7	6.7
Ca²⁺	4.0×10^-5	12.3	14.3

(1)某厂排出的废水中含有Cu²⁺和Fe³⁺，测得其浓度均小于0.1 mol?L^-1。为除去其中的Fe³⁺，回收铜，需控制的pH范围是_______________________________。
(2)为了处理含有Cr₂O₇^2-酸性溶液的工业废水，采用如下方法：向废水中加人适量NaCl，以Fe为电极进行电解，经过一段时间，有Cr(OH)₃和Fe(OH)₃沉淀生成排出，从而使废水中铬含量低于排放标准。
①Cr₂O₇^2-转变为Cr³⁺的离子方程式为______________________。
②pH对废水中Cr₂O₇^2-去除率的影响如图。你认为电解过程中溶液的pH取值在______范围内对降低废水中的铬含量最有利，请说明理由：_________________________________。
[注：去除率(％)=[(c₀-c)／c_o]×100％，式中：c_o—处理前废水中Cr₂O₇^2-浓度，c—处理后废水中Cr₂O₇^2-的浓度]

(3)沉淀转化在生产中也有重要应用。例如，用Na₂CO₃溶液可以将锅炉水垢中的CaSO₄转化为较疏松而易清除的CaCO₃，该沉淀转化达到平衡时，其平衡常数K＝_________(写数值)。[已知Ksp (CaSO₄)=9.1x10^-6，Ksp (CaCO₃)=2.8×10^-9]

金属离子	Ksp	pH(10^-1 mol•L^-1)	pH(10^-5 mol•L^-1)
Fe³⁺	4.0×10^-38	2.7	3.7
Cr³⁺	6.0×10^-31	4.3	5.6
Cu²⁺	2.2×10^-20	4.7	6.7
Ca²⁺	4.0×10^-5	12.3	14.3

(1)某厂排出的废水中含有Cu²⁺和Fe³⁺，测得其浓度均小于0.1 mol•L^-1。为除去其中的Fe³⁺，回收铜，需控制的pH范围是_______________________________。

(2)为了处理含有Cr₂O₇^2-酸性溶液的工业废水，采用如下方法：向废水中加人适量NaCl，以Fe为电极进行电解，经过一段时间，有Cr(OH)₃和Fe(OH)₃沉淀生成排出，从而使废水中铬含量低于排放标准。

①Cr₂O₇^2-转变为Cr³⁺的离子方程式为______________________。

②pH对废水中Cr₂O₇^2-去除率的影响如图。你认为电解过程中溶液的pH取值在______范围内对降低废水中的铬含量最有利，请说明理由：_________________________________。

[注：去除率(％)=[(c₀-c)／c_o]×100％，式中：c_o—处理前废水中Cr₂O₇^2-浓度，c—处理后废水中Cr₂O₇^2-的浓度]

(10分)

随着工业的迅速发展，产生的废水对水体的污染也日趋严重。通过控制溶液的pH对工业废水中的金属离子进行分离是实际工作中经常使用的方法。下表是常温下金属氢氧化物的K_sp(沉淀溶解平衡常数)和金属离子在某浓度下开始沉淀所需的pH(表中浓度为相应pH时溶液中有关金属离子产生沉淀的最小浓度；当溶液中金属离子浓度小于10^-5 mol·L^-1时通常认为该离子沉淀完全)。

金属离子	K_sp	pH(10^-1 mol·L^-1)	pH(10^-5 mol·L^-1)
Fe³⁺	4.0×10^-38	2.7	3.7
Cr³⁺	6.0×10^-31	4.3	5.6
Cu²⁺	2.2×10^-20	4.7	6.7
Ca²⁺	4.0×10^-5	12.3	14.3

(1)某厂排出的废水中含有Cu²⁺和Fe³⁺，测得其浓度均小于0.1 mol·L^-1。为除去其中的Fe³⁺，回收铜，需控制的pH范围是_______________________________。

①Cr₂O₇^2-转变为Cr³⁺的离子方程式为______________________。

②pH对废水中Cr₂O₇^2-去除率的影响如右图。你认为电解过程中溶液的pH取值在______范围内对降低废水中的铬含量最有利，请说明理由：____________________________________________。

[注：去除率(％)=[(c₀-c)／c_o]×100％，式中：c_o—理前废水中Cr₂O₇^2-的浓度，c—处理后废水中Cr₂O₇^2-的浓度]

(3)沉淀转化在生产中也有重要应用。例如，用Na₂CO₃溶液可以将锅炉水垢中的CaSO₄转化为较疏松而易清除的CaCO₃，该沉淀转化达到平衡时，其平衡常数K＝_________(写数值)。[已知K_sp (CaSO₄)=9.1x10^-6，K_sp (CaCO₃)=2.8×10^-9]

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