Question

12．（一）最近霧霾天氣又開始肆虐我國大部分地區(qū)．其中SO₂是造成空氣污染的主要原因，利用鈉堿循環(huán)法可除去SO₂．
（1）鈉堿循環(huán)法中，吸收液為Na₂SO₃溶液，該吸收反應的離子方程式是SO₃^2-+SO₂+H₂O=2HSO₃^-．
（2）已知H₂SO₃的電離常數為 K₁=1.54×10^-2，K₂=1.02×10^-7，H₂CO₃的電離常數為 K₁=4.30×10^-7，K₂=5.60×10^-11，則下列微粒可以共存的是BC．
A．CO₃^2-、HSO₃^-    B．HCO₃^-、HSO₃^-
C．SO₃^2-、HCO₃^-D．H₂SO₃、HCO₃^-
（二）我國是世界上發(fā)現和使用銅及銅器最早的國家之一，直到現在銅及其化合物在工農業(yè)生產中仍然有著廣泛的應用．
（3）常溫下Cu₂O能溶于稀硫酸，得到藍色溶液和紅色固體，可以利用該性質檢驗工業(yè)上冶煉銅得到的粗銅中是否含有Cu₂O，寫出此反應的離子方程式Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O．
（4）刻蝕印刷電路的廢液中含有大量的CuCl₂、FeCl₂、FeCl₃，任意排放將導致環(huán)境污染和資源的浪費，為了使FeCl₃循環(huán)利用和回收CuCl₂，現設計如下生產過程：

①試劑Y的名稱鹽酸；物質X可以是CuO（填化學式）．
②若常溫下1L廢液中含CuCl₂、FeCl₂、FeCl₃的物質的量濃度均為0.5mol•L^-1，則加入Cl₂氣和物質X使溶液的pH在3.0～4.3 范圍時（設溶液體積保持不變），鐵元素完全轉化為Fe（OH）₃，而CuCl₂不產生沉淀．（某離子的濃度小于1.0×10^-5mol•^-1時，認為該離子沉淀完全）（ K_SP[Fe（OH）₃]=1.0×10^-38、K_SP[Cu（OH）₂]=2.0×10^-20、lg5=0.7）
（三）CO₂可用NaOH溶液吸收得到Na₂CO₃或NaHCO₃．
（5）Na₂CO₃俗稱純堿，解釋其水溶液呈堿性的原因，用離子方程式表示CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，該溶液中c（OH^-）-c（H⁺）=c（HCO₃^- ）+2c（H₂CO₃）[用含c（HCO^-₃）、c（H₂CO₃）的關系式表示]
（6）已知25℃時，Na₂CO₃溶液的水解常數為K_b=2×10^-4，則當溶液中c（HCO₃^-）：c（CO₃^2-）=2：1時，試求溶液的pH=10．

Answer 1

分析 （一）（1）SO₂被Na₂SO₃溶液吸收生成亞硫酸氫鈉；
（2）根據Ka越大酸性越強，根據酸性較強的能與酸性較弱的酸根離子反應；
（二）（3）常溫下Cu₂O能溶于稀硫酸，得到藍色溶液和紅色固體，生成硫酸銅與Cu，根據元素守恒可知，還生成水，配平書寫離子方程式；
（4）①W中含有CuCl₂、FeCl₃，加入X使鐵離子轉化為氫氧化鐵沉淀，加入的X由于調節(jié)溶液pH值，且不引入雜質，X為CuO等，氫氧化鐵與Y轉化為氯化鐵而重復利用，Y為鹽酸；
②根據銅離子濃度計算溶液的最大pH值，當溶液中鐵離子濃度為10^-5mol/L時沉淀完全，溶液的最小pH值，據此根據溶度積計算溶液中氫氧根濃度，進而計算溶液pH值；
（三）（5）碳酸鈉是強堿弱酸鹽，能發(fā)生水解生成碳酸氫鈉和氫氧化鈉而使溶液呈堿性；根據原子守恒和電荷守恒計算c（OH^-）-c（H⁺）的值；
（6）依據水解平衡常數和電離平衡常數計算溶液PH．

解答 解：（一）（1）SO₂被Na₂SO₃溶液吸收生成亞硫酸氫鈉，離子反應為SO₃^2-+SO₂+H₂O=2HSO₃^-，
故答案為：SO₃^2-+SO₂+H₂O=2HSO₃^-；
（2）已知Ka越大酸性越強，酸性較強的能與酸性較弱的酸根離子反應，由于HCO₃^-的酸性小于HSO₃^-的酸性，所以HCO₃^-與SO₃^2-不反應，即BC能共存，
故答案為：BC；
（二）（3）常溫下Cu₂O能溶于稀硫酸，得到藍色溶液和紅色固體，生成硫酸銅與Cu，根據元素守恒可知，還生成水，反應離子方程式為：Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O，
故答案為：Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O；
（4）①W中含有CuCl₂、FeCl₃，加入X使鐵離子轉化為氫氧化鐵沉淀，加入的X由于調節(jié)溶液pH值，且不引入雜質，X為CuO等，氫氧化鐵與Y轉化為氯化鐵而重復利用，Y為鹽酸，
故答案為：鹽酸；CuO；
②銅離子開始沉淀時，溶液中c（OH^-）=$\sqrt{\frac{Ksp[Cu（OH）_{2}]}{c（C{u}^{2+}）}}$=$\sqrt{\frac{2×1{0}^{-20}}{0.5}}$=2×10^-10mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{2×1{0}^{-10}}$=5×10^-5mol/L，故溶液的最大pH=-lg5×10^-5=4.3，鐵離子濃度開始沉淀時，溶液中c（OH^-）=$\root{3}{\frac{Ksp[Fe（OH）_{3}]}{c（F{e}^{3+}）}}$=$\root{3}{\frac{1.0×1{0}^{-38}}{1×1{0}^{-5}}}$=10^-11mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-11}}$=10^-3mol/L，故溶液的最小pH=-lg10^-3=3.0，故溶液pH應控制在3.0～4.3之間，
故答案為：3.0～4.3；
（三）（5）碳酸鈉是強堿弱酸鹽，能發(fā)生兩步水解，第一步水解生成碳酸氫根離子和氫氧根離子，水解方程式為：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-；根據原子守恒和電荷守恒計算c（OH^-）-c（H⁺）的值，根據碳原子守恒得，c（CO₃^2-）+c（HCO₃^- ）+c（H₂CO₃）=0.1mol/L，根據溶液中電荷守恒得：2×c（CO₃^2-）+c（HCO₃^- ）+c（OH^-）=c（Na⁺ ）+c（H⁺ ），c（Na⁺ ）=0.2mol/L，所以c（OH^-）-c（H⁺）=c（HCO₃^- ）+2c（H₂CO₃），
故答案為：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-；c（HCO₃^- ）+2c（H₂CO₃）；
（6）Kb=$\frac{c（HC{{O}_{3}}^{-}）•c（O{H}^{-}）}{c（C{O}_{3}{\;}^{2-}）}$=2×10^-4，又c（HCO₃^-）：c（CO₃^2-）=2：1，則c（OH^-）=10^-4，結合K_W=10^-14，可得c（H⁺）=10^-10，pH=10，
故答案為：10．

點評 本題考查了污染物的處理方法，綜合性較強，涉及到離子方程式、無機物推斷、溶度積的有關計算、鹽類的水解和弱電解質的電離、離子濃度大小的比較等知識點，題目難度較大，難點是根據溶液中電荷守恒和原子守恒計算c（OH^-）-c（H⁺）的值．