Question

【題目】金屬冶煉、電鍍、電路板生產(chǎn)等過程會產(chǎn)生大量的 Cu2+，Cu2+是一種重金屬離子，嚴重影響水生動植物的生長發(fā)育，對人體健康也有很大危害，必須經(jīng)過處理達標后方可排放。某電路板生產(chǎn)企業(yè)的水質(zhì)情況及國家允許排放的污水標準如下表：

項目	廢水水質(zhì)	排放標準
pH	1.0	6~9
Cu2+(mg/L)	1470	≤0.5
氨氮(mg/L)	2632	≤15

Ⅰ.為研究上述廢水中 Cu2+的處理方法并實現(xiàn) Cu 的資源化回收，有研究者進行了如下實驗： 向一定體積的廢水中加入一定量廢鐵屑和焦炭粉，置于攪拌器上攪拌 90min、靜置，經(jīng)分析測得上清液中銅含量約為 72mg/L；濾出上清液，向濾液中加入一定量 FeS 固體，充分攪拌后靜置，經(jīng)分析測得其中銅含量已經(jīng)達標。

(1)在 pH=1.0 的廢水中，氨氮的主要存在形式是_____(用化學式表示)。

(2)①加入廢鐵屑后，廢水中的銅含量明顯減少，反應(yīng)的離子方程式是_____

②加入焦炭可以加快反應(yīng)速率，原因是_________________________________

(3)結(jié)合化學用語解釋加入 FeS 固體使廢水達標的原因_________________________。

(4)在處理廢水過程中使用的鐵粉會因表面布滿一層銅膜而失效，因此要對失效的鐵粉進行活化處理，同時回收銅。處理方法為：用一定濃度的氨水浸泡包覆銅膜的鐵粉，露置在空氣中一段時間后，可以將表面的 Cu 轉(zhuǎn)化為[Cu(NH3)4]2+與鐵粉分離。

請寫出 Cu 轉(zhuǎn)化為 [Cu(NH3)4]2+的離子方程式：_____。

Ⅱ為研究廢水處理的最佳 pH，取五份等量的 I 中上清液， 分別用 30%的 NaOH 溶液調(diào)節(jié) pH 值至 8.5、9、9.5、10、11，靜置后，分析上層清液中銅元素的含量。實驗結(jié)果如圖所示。查閱資料可知：Cu(OH)2 + 4NH3 [Cu(NH3)4]2+ + 2OH-。

(5)根據(jù)實驗結(jié)果，你認為最佳的 pH 約為_____________________________。結(jié)合資料解釋實驗結(jié)果呈圖中 b~d 段曲線所示的原因：_________________________。

Answer 1

【答案】NH4+ Fe+Cu2+=Cu+Fe2+ 鐵屑、焦炭粉和廢水中的電解質(zhì)可以形成許多微小的原電池 FeS+Cu2+=CuS+Fe2+ 2Cu+O2+8 NH3H2O=2[Cu(NH3)4]2++4OH- +6H2O 9 在b~c之間，隨著清液pH增大，c(OH-)增大，NH4+與OH-反應(yīng)生成NH3H2O，使得c(NH3)增大，Cu(OH)2+ 4NH3 [Cu(NH3)4]2+ + 2OH-向正反應(yīng)方向移動，故清液中的銅濃度升高；在c~d之間，隨著c(OH-)增大，上述平衡向逆反應(yīng)方向移動，故清液中的銅濃度又逐漸降低。

【解析】

由題中信息可知，向一定體積的廢水中加入一定量廢鐵屑和焦炭粉，可以形成原電池加快鐵置換銅的速率；濾出上清液，向濾液中加入一定量 FeS 固體，充分攪拌后，發(fā)生沉淀的轉(zhuǎn)化，可以使其中銅含量達標。根據(jù)平衡移動原理分析圖中曲線變化的原因。

(1)在 pH=1.0 的廢水顯酸性，根據(jù)氨氣可以與酸反應(yīng)生成銨鹽可知，氨氮在該廢水中的主要存在形式是NH4+。

(2)①鐵比銅活潑，鐵可以與銅鹽發(fā)生置換反應(yīng)，因此加入廢鐵屑后，廢水中的銅含量明顯減少，反應(yīng)的離子方程式是Fe+Cu2+=Cu+Fe2+；

②廢水中加入一定量廢鐵屑和焦炭粉后，可以形成許多微小的原電池，形成原電池可以加快化學反應(yīng)速率；

(3)FeS可以與廢水的Cu2+發(fā)生反應(yīng)生成溶解度更小的CuS，因此，加入 FeS 固體使廢水達標的原因用離子方程式可表示為FeS+Cu2+=CuS+Fe2+。

(4)用一定濃度的氨水浸泡包覆銅膜的鐵粉，露置在空氣中一段時間后，可以將表面的 Cu 轉(zhuǎn)化為[Cu(NH3)4]2+，該反應(yīng)的離子方程式為2Cu+O2+8 NH3H2O=2[Cu(NH3)4]2++4OH- +6H2O。

(5)由圖中信息可知，pH約為9時，上層清液中銅元素的含量(銅濃度)最低，因此，最佳的pH約為9。由題中所給資料可知，Cu(OH)2 + 4NH3 [Cu(NH3)4]2+ + 2OH-。在b~c之間，隨著清液pH增大，c(OH-)增大，NH4+與 OH-反應(yīng)生成NH3H2O，使得c(NH3)增大，上述平衡向正反應(yīng)方向移動，故清液中的銅濃度升高；在c~d之間，隨著c(OH-)增大，上述平衡向逆反應(yīng)方向移動，故清液中的銅濃度又逐漸降低。