Question

5．2015年9月16日某市一家無證照工廠因廢水向外直排被查，檢測結果顯示，該長所排污水中銅超標300倍．
（1）在該廠所排污水中放置細鐵網可獲得金屬銅，其原理是Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu（用離子方程式表示）．
（2）銅超標污水中還可能大量存在的陰離子是C、D．
A．CO₃^2-  B．OH^-  C．Cl^-  D．SO₄^2- 
（3）檢測部門對該廠所排廢水的檢測數據如下：

次數	測量項目	測量數據（mg/mL）
1	銅離子含量	4.224
2		4.225
3		4.223
4		2.005

①該廠所排污水中銅離子的濃度是0.066mol•L^-1；
②若要使該廠廢水排放達標，應控制的最小pH=9.2．（已知25℃時，Ksp[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20）
（4）該廠廢水可以“變廢為寶”，其流程圖如下：

①高濃度的含銅廢水經蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥可以得到純度較高的銅鹽晶體．
②用較高濃度含銅廢水點解制銅，其陰極的電極反應式是Cu²⁺+2e^-=Cu；電解5L該廠排放的含銅廢水，理論上可以得到銅21.12g．

Answer 1

分析 （1）鐵比銅活潑，可置換出銅；
（2）污水中存在的陰離子與銅離子不反應；
（3）①第4組數據不合理，應舍棄，平均值為4.224mg/mL，結合n=$\frac{m}{M}$=cV計算；
②結合Ksp[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20=c（Cu²⁺）×c²（OH^-）計算；
（4）①由溶液得到晶體，可經過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥等操作；
②陰極發生還原反應，銅離子得電子生成銅；結合廢水中銅離子的含量計算．

解答 解：（1）鐵比銅活潑，可置換出銅，反應的離子方程式為Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu，故答案為：Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu；
（2）污水中存在的陰離子與銅離子不反應，C、D符合，故答案為：C、D；
（3）①第4組數據不合理，應舍棄，平均值為4.224mg/mL=4.224g/L，c=$\frac{\frac{4.224g}{64g/mol}}{L}$=0.066mool/L，故答案為：0.066mool/L；
②Ksp[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20=c（Cu²⁺）×c²（OH^-），則c（OH^-）=$\sqrt{\frac{2.2×1{0}^{-20}}{0.066}}$mol/L=5.8×10^-10mol/L，pH=9.2，故答案為：9.2；
（4）①由溶液得到晶體，可經過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥等操作，故答案為：冷卻結晶；
②陰極發生還原反應，銅離子得電子生成銅，電極方程式為Cu²⁺+2e^-=Cu，廢水中銅離子含量平均值為4.224mg/mL=4.224g/L，則電解5L該廠排放的含銅廢水，理論上可以得到銅4.224g/L×5L=21.12g，
故答案為：Cu²⁺+2e^-=Cu；21.12g．

點評 本題考查較為綜合，涉及污水的處理、難溶電解質的溶解平衡以及電解知識，側重于學生的分析、計算能力的考查，注意把握物質的性質、電解原理等知識，難度中等．