Question

3．某工业废水含有CN^-和Cr₂O₇^2-等离子，需经污水处理达标后才能排放，污水处理拟用下列流程进行处理：

回答下列问题：
（1）步骤②中，CN^-被ClO^-氧化为CNO^-的离子方程式为CN^-+ClO^-═CNO^-+Cl^-．
（2）步骤④的反应为S₂O₃^2-+Cr₂O₇^2-+H⁺→SO₄^2-+Cr³⁺+H₂O（未配平），则每消耗0.4　mol　Cr₂O₇^2- 转移2.4mol　e^-．
（3）含Cr³⁺废水可以加入熟石灰进一步处理，目的是调节废水pH，使其转化成Cr（OH）₃沉淀除去．
（4）在25℃下，将a mol•L^-1的NaCN溶液与0.01mol•L^-1的盐酸等体积混合，反应后测得溶液pH=7，用含a的代数式表示HCN的电离常数Ka=a（100a-1）×10^-7 mol•L^-1．若25℃时将浓度均为0.1mol•L^-1的NaCN、HCN溶液等体积混合后，溶液呈碱性，则关于该溶液的说法不正确的是b（填字母）．
a．此溶液一定有c（Na⁺）+c（H⁺）=c（OH^-）+c（CN^-）
b．此溶液一定有c（Na⁺）=c（HCN）+c（CN^-）
c．混合溶液中水的电离程度一定大于该温度下纯水的电离程度
d．此溶液加入少量氢氧化钠或盐酸，溶液的pH变化不大
（5）除去废水中的阳离子：取水样于试管中，加入NaOH溶液观察到右蓝色沉淀生成，继续加至不再产生蓝色沉淀为止，再向溶液中加入一定量的Na₂S溶液，蓝色沉淀转化成黑色沉淀．该过程中反应的离子方程式为Cu²⁺+2OH^-═Cu（OH）₂↓、Cu（OH）₂（s）+S^2-（aq）═CuS（s）+2OH^-（aq）．

Answer 1

分析 （1）步骤②中，CN^-被ClO^-氧化为CNO^-，则因为是在碱性环境中，故ClO^-只能被还原为Cl^-，结合电荷守恒和原子守恒书写离子方程式；
（2）根据0.4 mol Cr₂O₇^2-等转化为Cr³⁺即可计算出转移电子的物质的量；
（3）加入熟石灰进一步处理，调节废水pH，使其转化成Cr（OH）₃沉淀除去；
（4）反应后测得溶液pH=7，则可推知NaCN过量，根据电荷守恒和物料守恒即可计算出CN^-和HCN的浓度，进而计算出K_a﹦（100a-1）×10^-7 mol•L^-1；
a、溶液中存在电荷守恒，阴阳离子电荷总数相同，电性相反；
b、溶液中存在物料守恒，浓度均为0.1mol•L^-1的NaCN、HCN溶液等体积混合后，溶液中钠离子物质的量的2倍等于HCN和CN^-物质的量总和；
c、混合后得溶液中c（HCN）=0.05 mol•L^-1，c（NaCN）=0.05 mol•L^-1，溶液呈碱性，说明NaCN水解程度大于HCN的电离程度，水解促进水的电离；
d、溶液混合后形成的是缓冲溶液，加入少量酸或碱，溶液酸碱性变化不大；
（5）待检水样中还有Cu²⁺，加碱发生Cu²⁺+2OH^-═Cu（OH）₂↓，再加入Na₂S溶液，CuS比Cu（OH）₂更难溶，则发生Cu（OH）₂（s）+S^2-（aq）═CuS（s）+2OH^-（aq）．

解答 解：（1）碱性条件下，CN^-离子与NaClO发生氧化还原反应生成CNO^-、Cl^-离子，离子反应为：CN^-+ClO^-═CNO^-+Cl^-；
故答案为：CN^-+ClO^-═CNO^-+Cl^-；
（2）根据0.4 mol Cr₂O₇^2-等转化为Cr³⁺，铬元素化合价降低3价，0.4molCr₂O₇^2-共得到了0.4×（2×3）mol=2.4mol；
故答案为：2.4；
（3）含Cr³⁺废水可以加入熟石灰进一步处理，目的是调节废水pH，使其转化成Cr（OH）₃沉淀除去；
故答案为：调节废水pH，使其转化成Cr（OH）₃沉淀除去；
（4）由于反应后测得溶液pH=7，当a=0.01时，恰好反应，生成了氰化氢溶液，溶液显示酸性，故氰化钠应该多些，故a＞0.01； 根据电荷守恒：c（Na⁺）+c（H⁺）=c（OH^-）+c（CN^-）+c（Cl^-），PH=7，c（H⁺）=c（OH^-），c（CN^-）=c（Na⁺）-c（Cl^-）=$\frac{a}{2}$mol/L-$\frac{0.01}{2}$mol/L；
再根据物料守恒：c（CN^-）+c（HCN）=c（Na⁺）=$\frac{a}{2}$mol/L；K_a﹦$\frac{c（{H}^{+}）c（C{N}^{-}）}{c（HCN）}$=$\frac{（\frac{a}{2}mol/L-\frac{0.01}{2}mol/L）×1{0}^{-7}mol/L}{\frac{0.01}{2}mol/L}$=a（100a-1）×10^-7 mol•L^-1；
若25℃时将浓度均为0.1mol•L^-1的NaCN、HCN溶液等体积混合后，混合后得溶液中c（HCN）=0.05 mol•L^-1，c（NaCN）=0.05 mol•L^-1，溶液呈碱性，说明NaCN水解程度大于HCN的电离程度；
a、据电荷守恒可知c（H⁺）+c（Na⁺）=c（CN^-）+c（OH^-），此溶液一定有c（Na⁺）+c（H⁺）=c（OH^-）+c（CN^-），故a正确；
b．由物料守恒可知c（HCN）+c（CN^-）=0.1mol•L^-1，所以c（HCN）+c（CN^-）=2c（Na⁺），故b错误；
c．若25℃时将浓度均为0.1mol•L^-1的NaCN、HCN溶液等体积混合后，混合后得溶液中c（HCN）=0.05 mol•L^-1，c（NaCN）=0.05 mol•L^-1，溶液呈碱性，说明NaCN水解程度大于HCN的电离程度，混合溶液中水的电离程度一定大于该温度下纯水的电离程度，故c正确；
d．若25℃时将浓度均为0.1mol•L^-1的NaCN、HCN溶液等体积混合后形成缓冲溶液，此溶液加入少量氢氧化钠抑制水解，促进电离，加入盐酸抑制电离促进水解，溶液酸碱性变化不大，所以溶液的pH变化不大，故d正确；
故答案为：（100a-1）×10^-7 mol•L^-1 ；b；
（5）蓝色沉淀为Cu（OH）₂，CuS（s）比Cu（OH）₂（s）更难溶，发生了沉淀的转化．反应方程式为：Cu²⁺+2OH^-═Cu（OH）₂↓；Cu（OH）₂（s）+S^2-（aq）═CuS（s）+2OH^-（aq），
故答案为：Cu²⁺+2OH^-═Cu（OH）₂↓；Cu（OH）₂（s）+S^2-（aq）═CuS（s）+2OH^-（aq）．

点评 本题以工艺流程为载体，侧重化学基本概念、基本理论，考查了氧化还原反应及离子方程式的书写，水溶液中的离子平衡、离子浓度、电离常数、沉淀溶解平衡等电解质溶液的相关知识．考查学生的知识运用能力、灵活分析处理实际问题的能力，题目难度中等．