Question

1．欲將某銅礦加工廠產生的含銅酸性污水（如表-1所示）處理成達標水，并回收某些金屬化合物，設計如下工藝流程：

相關信息：
①含銅酸性污水主要污染物離子（見表-1）
表-1

離子	H+	Cu2+	Fe3+	Fe2+
濃度/（mol/L）	0.1	0.05	0.04	0.002

②國家規定含銅污水排放標準為：pH=7；c（Cu²⁺）≤1.0×10^-7mol•L^-1；鐵元素含量低于1.0×10^-5mol•L^-1．
③FeS能溶于pH＜4的酸性溶液．
④25℃時，某些難溶電解質的溶度積（K_sp） （見表-2）
表-2

物質	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

請回答：
（1）該含銅酸性污水的pH=1．
（2）步驟Ⅰ中所發生的主要反應的離子方程式為2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺=2Fe³⁺+Cl^-+H₂O．
（3）步驟II中，調節溶液的pH=4的目的為使沉淀完全，防止沉淀，防止FeS溶解．
（4）有人認為，步驟II中只需加入Ca（OH）₂調節溶液的pH=7，即可將污水處理成符合標準的達標水，該觀點不合理（填“合理”或“不合理”），試通過簡單計算說明理由pH=7時溶液中c（Cu²⁺）=2.2×10^-20÷（10^-7）²=2.2×10^-6mol•L^-1，大于國家規定的排放標準c（Cu²⁺）≤1.0×10^-7mol•L^-1．
（5）步驟III中所發生的主要反應的離子方程式為Cu²⁺+FeS=CuS+Fe²⁺；該過程不選用易溶的Na₂S作沉淀劑，其原因可能為Na₂S價格高且引入過多雜質離子．
（6）上述整個處理工藝中，可以回收的金屬化合物有Fe（OH）₃、CuS（填化學式）．

Answer 1

分析 含銅酸性污水加入次氯酸鈉，次氯酸根離子具有氧化性，氧化污水中具有還原性的亞鐵離子2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺=2Fe³⁺+Cl^-+H₂O，溶液A主要含有鐵離子、銅離子、氯離子等，步驟Ⅱ加入氫氧化鈣，調節PH=4，生成氫氧化鐵沉淀，沉淀B為Fe（OH）₃，溶液C中主要含有銅離子、氯離子等，步驟Ⅲ中加入FeS，FeS能溶于pH＜4的酸性溶液，Cu²⁺+FeS=CuS+Fe²⁺，得到CuS，亞鐵離子轉化成氫氧化鐵進行回收，溶液D調節PH=7，處理成達標水．
（1）根據含銅酸性污水c（H⁺）=0.1mol/L，pH=-lg[c（H⁺）]分析；
（2）含銅酸性污水加入次氯酸鈉，次氯酸根離子具有氧化性，氧化污水中具有還原性的亞鐵離子，兩者發生氧化還原反應；
（3）步驟Ⅱ加入氫氧化鈣，調節PH=4，使Fe（OH）₃沉淀完全，防止步驟Ⅲ中加入FeS過量溶解；
（4）步驟Ⅱ中只需加入Ca（OH）₂調節溶液的pH=7，c（OH^-）=10^-7mol/L，根據Cu（OH）₂存在如下平衡：Cu（OH）₂（s）?Cu²⁺（aq）+2OH^-（aq），計算c（Cu²⁺）；
（5）步驟Ⅲ中加入FeS，硫化亞鐵和銅離子發生復分解反應，該過程不選用易溶的Na₂S，Na₂S價格高且引入過多雜質離子；
（6）沉淀B為Fe（OH）₃，步驟Ⅲ中加入FeS，得到CuS，亞鐵離子轉化成氫氧化鐵進行回收．

解答 解：含銅酸性污水加入次氯酸鈉，次氯酸根離子具有氧化性，氧化污水中具有還原性的亞鐵離子2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺=2Fe³⁺+Cl^-+H₂O，溶液A主要含有鐵離子、銅離子、氯離子等，步驟Ⅱ加入氫氧化鈣，調節PH=4，生成氫氧化鐵沉淀，沉淀B為Fe（OH）₃，溶液C中主要含有銅離子、氯離子等，步驟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調節PH=7，處理成達標水．
（1）含銅酸性污水c（H⁺）=0.1mol/L，pH=-lg[c（H⁺）]=-lg[0.1]=1，故答案為：1；
（2）含銅酸性污水加入次氯酸鈉，次氯酸根離子具有氧化性，氧化污水中具有還原性的亞鐵離子2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺=2Fe³⁺+Cl^-+H₂O，
故答案為：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飽和溶液中c（Fe³⁺）=0.04mol•L^-1，Fe（OH）₃?Fe³⁺+3OH^-生成的氫氧根c（OH^-）=0.12mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{0.12}$mol/L≈8.3×10^-12mol/L，PH=12-lg8.3，步驟Ⅱ加入氫氧化鈣，調節PH=4，使Fe（OH）₃沉淀完全，FeS能溶于pH＜4的酸性溶液，防止步驟Ⅲ中加入FeS過量溶解，
故答案為：使沉淀完全，防止沉淀，防止FeS溶解；
（4）步驟Ⅱ中只需加入Ca（OH）₂調節溶液的pH=7，c（OH^-）=10^-7mol/L，Cu（OH）₂（s）?Cu²⁺（aq）+2OH^-（aq），氫氧化銅沉淀，溶液中c（Cu²⁺）=2.2×10^-20÷（10^-7）²=2.2×10^-6mol•L^-1，大于國家規定的排放標準c（Cu²⁺）≤1.0×10^-7mol•L^-1，所以不合理，
故答案為：不合理；pH=7時溶液中c（Cu²⁺）=2.2×10^-20÷（10^-7）²=2.2×10^-6mol•L^-1，大于國家規定的排放標準c（Cu²⁺）≤1.0×10^-7mol•L^-1；
（5）步驟Ⅲ中加入FeS，FeS能溶于pH＜4的酸性溶液，Cu²⁺+FeS=CuS+Fe²⁺，得到CuS，該過程不選用易溶的Na₂S，Na₂S價格高且引入過多雜質離子鈉離子和硫離子，
故答案為：Cu²⁺+FeS=CuS+Fe²⁺；Na₂S價格高且引入過多雜質離子；
（6）調節PH=4，沉淀B為Fe（OH）₃，步驟Ⅲ中加入FeS，FeS能溶于pH＜4的酸性溶液，Cu²⁺+FeS=CuS+Fe²⁺，得到CuS，亞鐵離子轉化成氫氧化鐵進行回收，上述整個處理工藝中，可以回收的金屬化合物有Fe（OH）₃、CuS，
故答案為：Fe（OH）₃、CuS．

點評 本題考查了工藝流程圖的分析判斷，解答本題要充分理解各種物質的性質，從而得出正確的結論，應熟悉混合物的分離方法，掌握沉淀與PH關系是解答關鍵，題目難度中等．