3.3沉淀溶解平衡-清“铜”有道—工业废水除铜方案设计与项目实践 课件 2025-2026学年高二上学期化学鲁科版选择性必修1

工业废水除铜方案设计 与项目实践 清“ 铜 ” 有 道 第3章 第3节 沉淀溶解平衡 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 1 Page 2 同学们好，我是‘芯创半导体’的厂长。我们每天用超纯水清洗芯片，但水中极微量铜离子都会导致产品报废，仅0.1ppm铜污染就使电路短”“我们的废水含铜50ppm，经初级处理后降至饮用水标准，但对我们仍是剧毒！因为芯片清洗水要求：铜离子≤10-7 mol/L——相当于杭州西湖里混入一勺盐的浓度！” “今天，我邀请同学们帮助攻克难题：将废水中铜离子浓度0.05mol/L降低至1×10-7mol/L以下，这不仅是技术挑战，更关系到咱们芯片的安全！” Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. Page 3 任务书： 废水主要成分 目标：达标水 c(H+)=0.1mol/L pH=1 c(Cu2+)=0.05mol/L pH≈7 1×10-7mol/L 明确任务： ①分析废水特点 ②明确技术目标 （酸性、高铜离子） （深度除铜、经济可行） Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. Page 4 课前设计方案： Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. Page 5 任务一：初选沉淀剂 物质 价格（元/吨） NaOH 2500 Ca(OH)2 600 碳酸钠 1500 原理：控制溶液的pH，加入沉淀剂，当Qc>Ksp 时有沉淀生成。 2OH- (aq)+ Cu2+(aq) Cu(0H)2(s) 问题1:从沉淀溶解平衡的角度分析所选沉淀剂可以除去铜离子的原理？ Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. Page 6 用pH传感器实验模拟NaOH除Cu2+过程,观察实验现象 实验步骤：取约50mL的模拟废水于烧杯中，然后逐滴滴加氢氧化钠溶液，观察烧杯中的现象及溶液pH的变化情况。 实验卡 实验仪器：玻璃棒、烧杯、pH传感器、平板电脑 实验试剂：模拟废水、0.1mol/LNaOH溶液 任务一：初选沉淀剂 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 实验现象： Page 7 2.pH曲线出现两个突跃。 任务一：初选沉淀剂 1.溶液变浑浊，随着氢氧化钠浓度增大，溶液沉淀逐渐减少，溶液颜色变为深蓝色。 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 问题2：计算下c(Cu2+)=1×10-7mol/L时的pH Ksp[Cu(OH)2)]=2.2×10-20 Page 8 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. Page 9 任务二：改进沉淀剂 问题1： 将Cu2+转化为何种难溶物而除去呢？ 难溶物 溶解度（g） Cu(OH)2 1.7×10-6 CuS 2.4×10-17 Cu2(OH)2CO3 8×10-6 Cu3(PO4)2 3.9×10-6 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. Page 10 问题2： 选择哪种硫化物沉淀剂呢？ 常见的硫化物 Ksp(25℃) CuS 6.3×10-36 ZnS 1.6×10-24 PbS 8.0×10-28 FeS 6.3×10-18 HgS 1.6×10-52 常见的硫化物 大约价格 CuS 100元/kg ZnS 1680元/kg PbS 2000元/kg FeS 0.8元/kg HgS 2480元/kg 任务二：改进沉淀剂 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. Page 11 问题3:从沉淀溶解平衡的角度分析选择FeS作沉淀剂的原理？ Ksp(FeS)>Ksp(CuS) 原理：Ksp大的难溶物容易转化成Ksp小的难溶物 任务二：改进沉淀剂 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. Page 12 问题4： 根据平衡移动原理分析硫化亚铁转化为硫化铜的原因 FeS(s) S2-(aq) + Fe2+(aq) + Cu2+(aq) CuS(s) FeS(s) + Cu2+(aq) CuS(s) + Fe2+(aq) 任务二：改进沉淀剂 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. Page 13 问题5： FeS(s) + Cu2+(aq) CuS(s) + Fe2+(aq) 计算该反应发生的可能性？ 结论：铜离子可以比较彻底的转化为硫化铜 ＝ K ＝ c(Fe2+ ) c(Cu2+ ) ＝ c(S2−)·c (Cu2+) c(S2-)·c (Fe2+) ＝ Ksp (FeS) Ksp (CuS) 6.3×10-18 6.3×10-36 ＝ 1.0×1018 任务二：改进沉淀剂 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. Page 14 案例1：某化工企业用廉价的FeS除铜，未做好防范措施，导致附近若干村民出现集体头疼事件 案例2：浙江某电镀厂用FeS除铜发生爆炸事件，损失超千万 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. Page 15 问题6：案例中村民出现头疼现象以及电镀厂发生爆炸的原因是什么？ 产生了H2S气体,H2S气体有剧毒，易爆炸 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. Page 16 问题7：从平衡移动角度分析出现以上现象的原因？ FeS(s) S2-(aq) + Fe2+(aq) + H+(aq) HS-(aq)+ H+(aq) H2S(g) Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 回归课本： Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. Page 18 任务三：优化沉淀剂 如何进一步优化实验方案呢？ 先调节pH再加FeS 先加Ca(OH)2调PH再加FeS Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. Page 19 化 实验验证： Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. Page 20 方案二：改用FeS除铜 问题：容易产生H2S气体 方案一：用碱（Mg(OH)2）除铜 问题：氢氧化铜容易转化成配合物而溶解，除铜不充分 03 02 01 方案三：先用氢氧化钙调pH再加FeS除铜 实验验证：成功！ 研究历程： Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 任务四：模型构建 Page 21 化学沉淀法废水治理考虑元素： 02 04 01 03 重金属离子去除率 沉淀溶 解平衡 试剂选择 pH调控 成本核算 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 高考初探： Page 22 （2025山东卷） Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 变废为宝： 漂亮的蓝晶雨 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 感谢同学们的方案，自从铜残留降至1×10-7mol/L,芯片优良率从82%提升至99.9%。 今天你们的设计不仅是治污方案，更是打通中国“芯脉”的密码。 打通中国“芯脉” Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. ＂中国芯＂的突破，既需要尖端设备的攻坚，也离不开对基础化学原理的极致运用。沉淀溶解平衡的＂密码＂启示我们：夯实基础研究，方能在关键技术领域实现从”跟跑“到”领跑“的跨越，这正是中国芯片产业突围的底层逻辑与核心路径。 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 通过网络或实地调研，了解本地污水处理厂处理含重金属废水的实际工艺，分析其在重金属离子去除率、试剂选择、pH调控、成本核算方面的具体措施，形成一份简要的调研报告。 课后调研： Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 $$