Question

3．工业废水随意排放会造成严重污染，根据成分不同可采用不同的处理方法．
（1）电池生产工业废水中常含有Cu²⁺等重金属离子，常用FeS等难溶物质作为沉淀剂除去．已知室温下K_sp（FeS）=6.3×10^-18mol²•L^-2，K_sp（CuS）=1.3×10^-36mol²•L^-2．
①请用离子方程式说明上述除杂的原理FeS（s）+Cu²⁺（aq）=CuS（s）+Fe²⁺（aq）．
②FeS高温煅烧产生的SO₂气体通入下列溶液中，能够产生沉淀的是ACD （填序号）
A．Ba（NO₃）₂B．BaCl₂
C．Ba（OH）₂D．溶有NH₃的BaCl₂溶液
③已知元素在高价态时常表现氧化性，若在酸性CuSO₄溶液中加入一定量的Na₂SO₃和NaCl溶液，加热，生成CuCl沉淀，则生成CuCl的离子方程式是2Cu²⁺+SO₃^2-+2Cl^-+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuCl↓+SO₄^2-+2H⁺，．
（2）电解法处理酸性含铬废水（主要含有Cr₂O₇^2-）时，在废水中加入适量NaCl，以铁板作阴、阳极，处理过程中存在如下反应Cr₂O₇²+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，最后Cr³⁺以Cr（OH）₃形式除去，下列说法不正确的是BD（填序号）
A．阳极反应为Fe-2e^-═Fe²⁺ 
B．电解过程中溶液pH减小
C．过程中有Fe（OH）₃沉淀生成
D．电路中每转移12 mol电子，最多有2mol Cr₂O₇^2-被还原
（3）废氨水可以转化成氨，氨再设计成碱性燃料电池．图是该燃料电池示意图，产生的X气体可直接排放到大气中，a电极作负极（填“正”“负”“阴”或“阳”），其电极反应式为2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）①沉淀转移的方向是向着更难溶的方向移动，通过Ksp的大小可知那种物质更加难溶；
②亚硫酸钡溶于盐酸，不溶于碱性溶液，硝酸可以把亚硫酸根氧化为硫酸根，而硫酸钡既不溶于水也不溶于酸；
③已知元素在高价态时常表现氧化性，若在酸性CuSO₄溶液中加入一定量的Na₂SO₃和NaCl溶液，加热，生成CuCl沉淀，则生成CuCl的离子方程式为：2Cu²⁺+SO₃^2-+2Cl^-+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuCl↓+SO₄^2-+2H⁺；
（2）A．Fe板作阳极，为活性电极，Fe失电子，发生氧化反应生成亚铁离子；
B．由反应式Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O可知，处理过程中消耗氢离子；
C．阴极发生还原反应，溶液中的氢离子得到电子减少，同时生成氢氧根；
D．Fe-2e^-=Fe²⁺，则转移电子数12mol需要6molFe，再根据能够处理的关系式，得6Fe～12e^-～6Fe²⁺～Cr₂O₇^2-，据此计算；
（3）氨气作燃料应充入负极区，碱性燃料电池氢氧根离子常参与电极反应，氨气中的N失去电子化合价升高，说明X对大气无污染，因此X为氮气．

解答 解：（1）①由于Ksp（FeS）＞Ksp（CuS），所以在相同条件下CuS的溶解度更小，沉淀会向着生成CuS的方向进行，故离子方程式为FeS（s）+Cu²⁺（aq）=CuS（s）+Fe²⁺（aq），故答案为：①FeS（s）+Cu²⁺（aq）=CuS（s）+Fe²⁺（aq）；
②A、Ba（NO₃）₂ 中有硝酸根离子，二氧化硫通入后生成亚硫酸，亚硫酸电离出氢离子，就相当于硝酸了．硝酸氧化亚硫酸成硫酸，硫酸根离子和钡离子结合生成硫酸钡沉淀，故可选；
B、因为亚硫酸钡溶于盐酸，较弱酸不能制备较强酸，所以不能生成沉淀，故不可选；
C、二氧化硫和氢氧根反应生成亚硫酸根离子，钡离子和亚硫酸根离子结合生成亚硫酸钡沉淀，故可选；
D、与B项相比，溶有氨气的BaCl₂溶液呈碱性，在碱性溶液中可以生成亚硫酸钡沉淀，故可选；
故答案为：ACD；
③已知元素在高价态时常表现氧化性，若在酸性CuSO₄溶液中加入一定量的Na₂SO₃和NaCl溶液，加热，生成CuCl沉淀，则生成CuCl的离子方程式为：2Cu²⁺+SO₃^2-+2Cl^-+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuCl↓+SO₄^2-+2H⁺，故答案为：2Cu²⁺+SO₃^2-+2Cl^-+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuCl↓+SO₄^2-+2H⁺；
（2）A．Fe板作阳极，为活性电极，Fe失电子，发生氧化反应生成亚铁离子，阳极反应为Fe-2e^-═Fe²⁺，故A正确；
B．由反应式Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O可知，处理过程中消耗氢离子，溶液的酸性减弱，溶液pH增大，故B错误；
C．阴极发生还原反应，溶液中的氢离子得到电子减少，同时生成氢氧根，有Fe（OH）₃沉淀生成，故C正确；
D．Fe-2e^-=Fe²⁺，则转移电子数12mol需要6molFe，再根据能够处理的关系式，得6Fe～12e^-～6Fe²⁺～Cr₂O₇^2-，故被还原的Cr₂O₇^2-的物质的量为1mol，故D错误；
故选BD；
（3）在燃料电池中，可燃物充入负极区，所以NH₃充入的a极作负极；产生的X气体为氧化产物，可直接排放到大气中，说明X对大气无污染，因此X为氮气，由该燃料电池示意图可知负极反应产物有水，由于是碱性电池，氢氧根离子也参与负极电极反应，综上所述可写出负极反应式：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；故答案为：负；2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O．

点评 本题考查电解原理、氧化还原反应等，清楚发生的电极反应是解题的关键，是对学生综合能力的考查，难度中等．