第三章 研究与实践3 了解水处理过程中的化学原理-【高考领航】2023-2024学年高中化学选择性必修1同步核心辅导与测评（人教版）

研究与实践3　了解水处理过程中的化学原理(教师用书独具) 　废弃电池随意丢弃会对土壤或水产生污染，电池中含有的重金属离子对植物生长有毒害作用，摄入人体还会伤害人的脑细胞、神经、肝、肾、骨骼等等。某同学查阅一些难溶物常温下的溶度积常数如表： 物质 FeS CuS(黑色) MnS(红色) PbS Ksp 6.3×10－18 1.3×10－35 2.5×10－13 3.4×10－28 物质 HgS ZnS Fe(OH)3 Al(OH)3 Ksp 6.4×10－33 1.6×10－24 2.6×10－39 3.2×10－34 物质 Mn(OH)2 Pb(OH)2 Zn(OH)2 Ksp 4.5×10－13 1.0×10－16 1.2×10－17 (1)该同学在含有相同浓度Mn2＋和Cu2＋的溶液中滴加Na2S的稀溶液，观察到先出现的沉淀颜色是________，该实验说明在相同条件下Ksp越小，同类型物质的溶解度________(填“越大”或“越小”)。 (2)已知室温下铁离子开始沉淀的pH为1.0，则此溶液中Fe3＋的物质的量浓度为________，若溶液中含有与Fe3＋等浓度的Al3＋，调节pH使Fe3＋沉淀完全时，其中________Al(OH)3沉淀(填“含有”或“不含有”)。 (3)某工业废水中含有Cu2＋、Pb2＋、Hg2＋杂质，利用沉淀转化原理最适宜加入过量的________(填字母)。 A．FeS　　　　　 B．Fe2O3 C．Na2S D．ZnO 写出加入该试剂除去Pb2＋时发生反应的离子方程式_____________。 (4)由FeCl3·6H2O晶体得到纯的无水FeCl3，需要进行的操作是_____________。 解析：(1)同类型沉淀，Ksp越小，溶解度越小，越优先析出，根据表中数据，由于Ksp(MnS)>Ksp(CuS)，所以CuS更难溶，在含有相同浓度Mn2＋和Cu2＋的溶液中滴加Na2S的稀溶液，优先析出CuS沉淀，为黑色沉淀。(2)室温下铁离子开始沉淀的pH为1.0，则溶液中c(OH－)＝10－13mol·L－1，此溶液中Fe3＋的物质的量浓度为c(Fe3＋)＝＝＝2.6 mol·L－1、调节pH使Fe3＋沉淀完全时，认为溶液中c(Fe3＋)<10－5mol·L－1，此时溶液中c3(OH－)＝＝＝2.6×10－34mol·L－1，此时c(Al3＋)·c3(OH－)＝2.6×2.6×10－34＝6.76×10－34>Ksp[Al(OH)3]，所以有Al(OH)3沉淀。(3)加入试剂应足量，为避免引入更多新的杂质，要使三种离子生成沉淀，最好选择难溶于水的FeS，使它们转化为更难溶解的金属硫化物沉淀，同时避免引入更多的杂质，试剂除去Pb2＋时发生反应的离子方程式为FeS(s)＋Pb2＋(aq)Fe2＋(aq)＋PbS(s)。(4)在空气中直接加热FeCl3·6H2O晶体得不到纯的无水FeCl3，原因是在空气中直接加热FeCl3·6H2O晶体会发生水解生成氢氧化铁和HCl，为了抑制其水解应该在干燥的HCl气流中加热脱水。 答案：(1)黑色　越小　(2)2.6 mol·L－1　含有　(3)A　FeS(s)＋Pb2＋(aq)Fe2＋(aq)＋PbS(s)　(4)在HCl气流中加热 [强化训练] 以硫铁矿为原料生产硫酸所得的酸性废水中砷元素含量极高，为控制砷的排放，采用化学沉降法处理含砷废水，相关数据如表。 表1　几种砷酸盐的Ksp 难溶物 Ksp Ca3(AsO4)2 6.8×10－19 AlAsO4 1.6×10－16 FeAsO4 5.7×10－21 表2　工厂污染物排放浓度及允许排放标准 污染物 H2SO4 As 浓度 28.42 g·L－1 1.6 g·L－1 排放标准 pH 6～9 0.5 mg·L－1 回答以下问题： (1)该工厂排放的废水中H2SO4的物质的量浓度为________mol·L－1。 (2)若处理后的工厂废水中Al3＋、Fe3＋的浓度均为1.0×10－4mol·L－1，则此时废水中c(AsO)最大是________mol·L－1。 (3)工厂排放出的酸性废水中的三价砷(H3AsO3，弱酸)不易沉降，可投入MnO2先将其氧化成五价砷(H3AsO4，弱酸)，写出该反应的离子方程式：___________。 (4)在处理含砷废水时采用分段式，先向废水中投入适量生石灰调节pH为2，再投入适量生石灰将pH调节为8左右，使五价砷以Ca3(AsO4)2形式沉降。 ①将pH调节为2时废水中有大量沉淀产生，沉淀主要成分的化学式为________。 ②在pH调节为8左右才出现大量Ca3(AsO