Question

（10分）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Ksp(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0.1 mol?L^-1。为除去其中的Fe³⁺，回收铜，需控制的pH范围是_______________________________。
(2)为了处理含有Cr₂O₇^2-酸性溶液的工业废水，采用如下方法：向废水中加人适量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______________________。
②pH对废水中Cr₂O₇^2-去除率的影响如图。你认为电解过程中溶液的pH取值在______范围内对降低废水中的铬含量最有利，请说明理由：_________________________________。
[注：去除率(％)=[(c₀-c)／c_o]×100％，式中：c_o—处理前废水中Cr₂O₇^2-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＝_________(写数值)。[已知Ksp (CaSO₄)=9.1x10^-6，Ksp (CaCO₃)=2.8×10^-9]

Answer 1

（1）3.7≤pH＜4.7（2分）
（2）①Cr₂O₇^2- + 6Fe²⁺ + 14H⁺ = 2Cr³⁺ + 6Fe³⁺ + 7H₂O（2分）
②4.3～5.6（或5～6）（2分）     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（2分）
（3）3.25×10³（2分）

（1）由所给数据可看出，Fe³⁺在pH=3.7时已完全沉淀，而Cu²⁺在pH=4.7时才开始沉淀，所以为除去其中的Fe³⁺，回收铜，需控制的pH范围是3.7≤pH＜4.7
（2）①废水以Fe为电极进行电解，铁作阳极铁电子生成Fe²⁺：Fe —2e^—=Fe²⁺，Fe²⁺还原Cr₂O₇^2-：Cr₂O₇^2- + 6Fe²⁺ + 14H⁺ = 2Cr³⁺ + 6Fe³⁺ + 7H₂O
②综合考虑所给信息，虽然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（Cr³⁺在pH=4.3时才开始沉淀，在pH=5.6时完全沉淀），pH太高，Cr₂O₇^2-的去除率太小，无实际意义，综合分析可知pH取值在4.3～5.6（或5～6）范围内对降低废水中的铬含量最有利
（3）由转化方程式得：K＝Ksp (CaSO₄)=9.1x10^-6 / Ksp (CaCO₃)= 3.25×10³