Question

5．硫化鈉主要用于皮革、毛紡、高檔紙張、染料等行業．生產硫化鈉大多采用無水芒硝（Na₂SO₄）-炭粉還原法，其流程示意圖如圖1：

（1）上述流程中若煅燒所得氣體為等物質的量的CO和CO₂，寫出煅燒時發生的總的化學反應方程式為3Na₂SO₄+8C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3Na₂S+4CO₂↑+4CO↑．
（2）上述流程中采用稀堿液比用熱水更好，理由是熱水會促進Na₂S水解，而稀堿液能抑制Na₂S水解．
（3）皮革工業廢水中的汞常用硫化鈉除去，汞的去除率與溶液的pH和x（x 代表硫化鈉的實際用量與理論用量的比值）有關（如圖2所示）．為使除汞效果最佳，應控制的條件是x=12、pH介于9～10之間．
（4）取硫化鈉晶體（含少量NaOH）加入到硫酸銅溶液中，充分攪拌．若   反應后測得溶液的pH=4，則此時溶液中c（ S^2-）=4.0×10^-36mol/L（保留兩位有效數字）．（已知：CuS、Cu（OH）₂的Ksp分別為8.8×10^-36、2.2×10^-20）

Answer 1

分析 根據圖1可知，制備硫化鈉晶體的流程為：無水芒硝（Na₂SO₄）與碳在高溫煅燒反應：3Na₂SO₄+8C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3Na₂S+4CO₂↑+4CO↑，由于硫離子水解，則用稀堿溶液浸泡抑制硫離子水解，通過精制獲得硫化鈉晶體，
（1）根據通過信息確定反應物、生成物，然后根據“產生等物質的量的CO和CO₂”及化合價變化相等寫出反應的化學方程式；
（2）依據硫化鈉溶液中硫離子水解顯堿性的水解平衡影響因素分析判斷；
（3）依據圖象中曲線分析汞去除率最佳PH和x的取值；
（4）常溫時CuS、Cu（OH）₂的Ksp，依據溶度積常數計算得到，依據溶液PH計算溶液中銅離子濃度，依據CuS的Ksp計算得到硫離子的濃度．

解答 解：制備硫化鈉晶體的流程為：無水芒硝（Na₂SO₄）與碳在高溫煅燒反應：3Na₂SO₄+8C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3Na₂S+4CO₂↑+4CO↑，由于硫離子水解，則用稀堿溶液浸泡煅燒產物得硫化鈉溶液，通過精制獲得硫化鈉晶體，
（1）根據題干信息，硫酸鈉與碳反應生成等物質的量的CO和CO₂，C元素化合價從0價被氧化成+4、+2價，化合價升高至少為：（4-0）+（2-0）=6，硫酸鈉中+6價S元素被還原為-2價，化合價降低了8價，則化合價變化的最小公倍數為24，則硫酸鈉的系數為3，一氧化碳、二氧化碳的系數為4，然后根據質量守恒定律配平，配平后的化學方程式為：3Na₂SO₄+8C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3Na₂S+4CO₂↑+4CO↑，
故答案為：3Na₂SO₄+8C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3Na₂S+4CO₂↑+4CO↑；
（2）上述流程中采用稀堿液比用熱水更好，硫化鈉溶液中硫離子水解顯堿性，水解過程是吸熱反應，加熱促進水解進行，稀堿溶液能起到抑制水解的作用，
故答案為：熱水會促進Na₂S水解，而稀堿液能抑制Na₂S水解；
（3）依據圖象中曲線分析，汞去除率最佳PH和x的取值是x=12 pH介于9～10之間時汞的去除率最大，接近100%，
故答案為：x=12； pH介于9～10之間；
（4）取硫化鈉晶體（含少量NaOH）加入到硫酸銅溶液中，充分攪拌，若反應后測得溶液的pH=4，c（OH^-）=10^-10mol/L，
常溫時CuS、Cu（OH）₂的Ksp分別為8.8×10^-36、2.2×10^-20，
根據氫氧化銅的溶度積可得：Ksp=c（Cu²⁺）×c²（OH^-）=2.2×10^-20，解得：c（Cu²⁺）=$\frac{2.2×1{0}^{-20}}{（1{0}^{-10}）^{2}}$mol/L=2.2mol/L，
根據硫化銅的溶度積可得：Ksp=c（Cu²⁺）c（S^2-）=8.8×10^-36，
則此時溶液中c（ S^2-）=$\frac{8.8×1{0}^{-36}}{2.2}$mol/L=4.0×10^-36mol/L，
故答案為：4.0×10^-36mol/L．

點評 本題考查了物質制備、電解原理及其應用等知識，題目難度中等，試題涉及物質制備原理、化學方程式書寫方法、電解原理及電極反應式的書寫、溶度積常數的計算等，試題側重考查學生的分析、理解能力及靈活應用所學知識的能力，題目難度中等．