Question

（2010?江苏二模）随着工业的迅速发展，产生的废水对水体的污染也日趋严重．通过控制溶液的pH对工业废水中的金属离子进行分离是实际工作中经常使用的方法．下表是常温下金属氢氧化物的K_sp（沉淀溶解平衡常数）和金属离子在某浓度下开始沉淀所需的pH（表中浓度为相应pH时溶液中有关金属离子产生沉淀的最小浓度；当溶液中金属离子浓度小于10^-5 mol?L^-1时通常认为该离子沉淀完全）．

金属离子	Ksp	pH（10-1 mol?L-1）	pH（10-5 mol?L-1）
Fe3+	4.0×10-38	2.7	3.7
Cr3+	6.0×10-31	4.3	5.6
Cu2+	2.2×10-20	4.7	6.7
Ca2+	4.0×10-5	12.3	14.3

（1）某厂排出的废水中含有Cu²⁺和Fe³⁺，测得其浓度均小于0.1mol?L^-1．为除去其中的Fe³⁺，回收铜，需控制的pH范围是

3.7≤pH＜4.7

．
（2）为了处理含有Cr₂O₇^2-酸性溶液的工业废水，采用如下方法：向废水中加入适量NaCl，以Fe为电极进行电解，经过一段时间，有Cr（OH）₃和Fe（OH）₃沉淀生成排出，从而使废水中铬含量低于排放标准．
①Cr₂O₇^2-转变为Cr³⁺的离子方程式为

Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O

．
②pH对废水中Cr₂O₇^2-去除率的影响如右图．你认为电解过程中溶液的pH取值在

5～6

范围内对降低废水中的铬含量最有利，请说明理由：

pH越小，Cr₂O₇^2-的去除率越大，但难形成Cr（OH）₃沉淀从废水中分离；pH越大，Cr₂O₇^2-的去除率越小

．
[注：去除率（%）=[（c₀-c）/c_o]×100%，式中：c_o-理前废水中Cr₂O₇^2-的浓度，c-处理后废水中Cr₂O₇^2-的浓度]
（3）沉淀转化在生产中也有重要应用．例如，用Na₂CO₃溶液可以将锅炉水垢中的CaSO₄转化为较疏松而易清除的CaCO₃，该沉淀转化达到平衡时，其平衡常数K=

3.25×10³

（写数值）．[已知K_sp（CaSO₄）=9.1x10^-6，K_sp（CaCO₃）=2.8×10^-9]．

Answer 1

分析：（1）根据题目信息要要完全除去其中的Fe³⁺，不沉淀Cu²⁺，则3.7≤pH＜4.7；
（2）①Cr₂O₇^2-转变为Cr³⁺，亚铁离子具有还原性，转变为Fe³⁺，
②由图可知：pH越小，Cr₂O₇^2-的去除率越大，但难形成Cr（OH）₃沉淀从废水中分离；pH越大，Cr₂O₇^2-的去除率越小；
（3）CaSO₄和碳酸钠反应转化为CaCO₃的离子方程式为：CaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）=CaCO₃（s）+SO₄^2-（aq），其平衡常数K=

C(SO4 2-)

C(CO3 2-)

=

Ksp(CaSO4)

Ksp(CaCO3)

；

解答：解：（1）要完全除去其中的Fe³⁺，不沉淀Cu²⁺，则3.7≤pH＜4.7；故答案为：3.7≤pH＜4.7；
（2）①Cr₂O₇^2-转变为Cr³⁺，亚铁离子具有还原性，转变为Fe³⁺，方程式为：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，故答案为：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；
②pH越小，Cr₂O₇^2-的去除率越大，但难形成Cr（OH）₃沉淀从废水中分离；pH越大，Cr₂O₇^2-的去除率越小，所以溶液的pH取值在5～6范围内对降低废水中的铬含量最有利，
故答案为：5～6；pH越小，Cr₂O₇^2-的去除率越大，但难形成Cr（OH）₃沉淀从废水中分离；pH越大，Cr₂O₇^2-的去除率越小；
（3）平衡常数K=

C(SO4 2-)

C(CO3 2-)

=

Ksp(CaSO4)

Ksp(CaCO3)

=

9.1x10 -6

2.8×10 -9

=3.25×10³，故答案为：3.25×10³；

点评：本题考查溶液的除杂、氧化还原反应、化学平衡常数的含义与计算，是一道综合题，难度中等．