高三化學(xué)一輪復(fù)習(xí)專題：廢水處理

廢水處理1.過量含磷物質(zhì)的排放會致使水體富營養(yǎng)化，因此發(fā)展水體除磷技術(shù)非常重要。常用的除磷技術(shù)有化學(xué)沉淀法、吸附法等。丁次磷酸根離子(H2POeq\o\al(－,2))具有較強(qiáng)的還原性。利用Fe2＋、H2O2聯(lián)合除去廢水中次磷酸根離子，轉(zhuǎn)化過程如圖丁所示。①轉(zhuǎn)化(Ⅰ)除生成Fe3＋和羥基自由基(·OH)外，還生成一種離子，其化學(xué)式為________________。②寫出轉(zhuǎn)化(Ⅱ)的離子方程式：________________________________________________。2、ClO2消毒時(shí)會產(chǎn)生少量的ClOeq\o\al(－,2)，可利用FeSO4將ClOeq\o\al(－,2)轉(zhuǎn)化為Cl－除去?？刂破渌麠l件相同，ClOeq\o\al(－,2)去除率隨溫度變化如圖所示。溫度高于50℃時(shí)，ClOeq\o\al(－,2)去除率降低的可能原因是________________________________________________________________________。3.工業(yè)廢水中常含有一定量的硫化物(以H2S、HS－、S2－的形式存在)，通過氧化沉淀相結(jié)合的方法處理后可使廢水中含硫量達(dá)到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。(1)氧化：將含有硫化物的廢水引入氧化池，加入KMnO4溶液氧化。已知KMnO4在酸性條件下的還原產(chǎn)物為Mn2＋，堿性條件下的還原產(chǎn)物為MnO2。①pH>7時(shí)KMnO4將廢水中的硫化物氧化為S，該反應(yīng)的離子方程式為________________。②硫化物的去除率隨pH的變化如圖甲所示，廢水呈酸性時(shí)的去除率大于呈堿性時(shí)的原因是________________________________________________________________________。硫化物的去除率和總硫去除率隨KMnO4濃度的變化如圖乙所示，當(dāng)KMnO4溶液的物質(zhì)的量濃度大于1.25mol·L－1時(shí)，總硫去除率下降的原因是____________________________________________________________________________。甲乙(2)沉淀：將氧化后的廢水加入沉淀劑進(jìn)一步沉降處理。若用沉淀劑Fe2Cl2SO4處理廢水中的K2S，則反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________________________________________________________________；若沉淀劑換成FeClSO4，則K2S的去除率明顯變大的原因是_______________________________________________________________________________4、(1)利用NaClO和FeSO4進(jìn)一步處理廢水中殘余的As(Ⅲ)。已知：ⅰ.NaClO能將As(Ⅲ)氧化為As(Ⅴ)、Fe(Ⅱ)氧化為Fe(Ⅲ)。形成的Fe(OH)3膠體吸附廢水中的As(Ⅴ)物種而沉降。ⅱ.溶液的pH對Fe(OH)3膠體表面所帶電荷有影響。pH>7時(shí)，F(xiàn)e(OH)3膠體表面帶負(fù)電荷，pH越高，表面所帶負(fù)電荷越多。ⅲ.As(Ⅲ)和As(Ⅴ)水溶液中含砷的各物種的分布分?jǐn)?shù)(平衡時(shí)某物種的濃度占各物種濃度之和的分?jǐn)?shù))與pH的關(guān)系如圖甲所示。甲①向化學(xué)沉淀后的廢水(pH≈8)中加入NaClO溶液，寫出As(Ⅲ)發(fā)生主要反應(yīng)的離子方程式：________________________________________________________________________。③廢水的pH對As(Ⅴ)的去除率的影響如圖乙所示。pH>8時(shí)，隨著廢水的pH增大，As(Ⅴ)的去除率發(fā)生如圖所示變化的原因是__________________________________________________________________________。乙(2)新生態(tài)MnO2懸濁液具有較強(qiáng)的氧化性，能將As(Ⅲ)氧化為As(Ⅴ)，也具有較強(qiáng)的吸附性，能吸附水體中的H＋而帶正電荷。所帶正電荷越多，吸附含砷微粒的能力越強(qiáng)。pH不同時(shí)，新生態(tài)MnO2懸濁液對砷去除率如圖丙所示。丙?、偌尤胄律鷳B(tài)MnO2懸濁液使廢水中H3AsO3轉(zhuǎn)化為H3AsO4反應(yīng)的離子方程式為____________________________________________________。②pH從3增大到7的過程中，隨著pH增大，砷的去除率上升。其原因是____________________________________________________________________________________。5.氰化氫(HCN，易揮發(fā)，Ka＝5.0×10－10)主要應(yīng)用于電鍍、采礦、藥物合成等工業(yè)生產(chǎn)。HCN、CN－能抑制人體組織細(xì)胞內(nèi)酶的活性，不能直接排放到環(huán)境中。(1)Cu2＋可催化H2O2氧化廢水中的CN－。①反應(yīng)不能在酸性條件下進(jìn)行，原因是____________________________________________。②在含氰廢水總量、H2O2用量和溶液pH一定的情況下，反應(yīng)相同時(shí)間，測得CN－的氧化去除率隨c(Cu2＋)的變化如圖甲所示。c(Cu2＋)超過90mg·L－1時(shí)，CN－的氧化去除率有所下降，原因是____________________________________________________________________。甲(2)在銅鎳為催化劑(Cu、CuO為活性組分，Cu的催化活性效果更好)的條件下，可利用反應(yīng)：HCN(g)＋H2O(g)NH3(g)＋CO(g)ΔH>0除去廢氣中的HCN。將含相同比例的HCN(g)、H2O(g)、CO(g)[或N2(g)]混合氣體分別通過催化劑，反應(yīng)相同的時(shí)間，測得HCN(g)的去除率隨溫度變化如圖丙所示。200℃時(shí)含CO的混合氣體中HCN(g)的去除率較高，而400℃時(shí)含CO的混合氣體中HCN(g)的去除率較低。其原因是_________________________________________________________________________________________________丙6.金礦提金采用氰化工藝，產(chǎn)生的含氰廢水需處理后才能排放。(1)氰化工藝中，金溶解于NaCN溶液生成[Au(CN)2]－。①1000℃時(shí)，CH4、NH3和O2在催化劑作用下可轉(zhuǎn)化為HCN，HCN與NaOH反應(yīng)可制得NaCN。生成HCN的化學(xué)方程式為_____________________________________________。②1mol[Au(CN)2]－中含有σ鍵的數(shù)目為____________。(2)用H2O2溶液處理含氰廢水，使有毒的CN－轉(zhuǎn)化為NHeq\o\al(＋,4)、COeq\o\al(2－,3)等。①該反應(yīng)的離子方程式為________________________________________________________。②Cu2＋可作為上述反應(yīng)的催化劑。其他條件相同時(shí)，總氰化物(CN－、HCN等)去除率隨溶液初始pH變化如圖甲所示。當(dāng)溶液初始pH>10時(shí)，總氰化物去除率下降的原因可能是____________________________________________________________________________。甲乙(3)用焦亞硫酸鈉(Na2S2O5)/空氣法處理含氰廢水的部分機(jī)理如下，其中[O]代表活性氧原子：S2Oeq\o\al(2－,5)＋H2O=2SOeq\o\al(2－,3)＋2H＋、SOeq\o\al(2－,3)＋O2=SOeq\o\al(2－,4)＋[O]、CN－＋[O]=CNO－。其他條件相同時(shí)，總氰化物去除率隨Na2S2O5初始濃度ρ(Na2S2O5)變化如圖乙所示。當(dāng)ρ(Na2S2O5)>6g·L－1時(shí)，總氰化物去除率下降的原因可能是__________________________________________________________________________7、地下水中往往鐵、錳元素含量超標(biāo)，常以Fe2＋、Mn2＋形式存在，可用ClO2水溶液去除鐵、錳元素。隨著ClO2濃度、pH的增大，鐵錳去除率或濃度變化曲線如下圖所示。已知：a.堿性越大，Mn2＋越易被氧化為MnO2，MnO2水合物可吸附Mn2＋。b.ClO2易溶于水，不與水反應(yīng)，消毒中常用作殺菌劑并轉(zhuǎn)化為Cl－，堿性會歧化為ClOeq\o\al(－,2)和ClOeq\o\al(－,3)。①ClO2投加1.2mg前后，去除鐵錳情況如圖的原因是_______________________________。②pH為6～8時(shí)，錳去除率增大，其原因是_______________________________________。8、(13分)鍍鎳廢水中的Ni2＋可用還原鐵粉除去。25℃時(shí)，部分氫氧化物在廢水中開始沉淀和沉淀完全的pH如下表所示：氫氧化物Fe(OH)3Fe(OH)2Ni(OH)2開始沉淀時(shí)的pH1.56.67.7沉淀完全時(shí)的pH3.39.99.2(1)還原鐵粉的制備：向FeSO4溶液中加入NaBH4(其中H元素的化合價(jià)為－1價(jià))可得還原鐵粉，同時(shí)生成H3BO3和H2。理論上制備1molFe，需NaBH4的物質(zhì)的量為________mol。(2)還原鐵粉除鎳：向廢水中加入還原鐵粉，可置換出鎳。某小組通過實(shí)驗(yàn)研究廢水中鎳的去除效果。①取五份廢水樣品各100mL，加酸或堿調(diào)節(jié)其初始pH不等，再加入等量且過量的鐵粉，充分反應(yīng)后測得廢水中鎳含量隨溶液初始pH的變化如圖甲所示。pH太小，殘留的鎳含量較高，原因是________________________________________________；pH>6.6時(shí)，殘留的鎳含量隨溶液初始pH增大而增多的原因是___________________________________。甲乙②取100mL廢水樣品，向其中加入適量鐵粉，測得Fe(Ⅱ)含量和總鐵含量變化如圖乙所示，F(xiàn)e(Ⅱ)表示溶液及沉淀中＋2價(jià)的鐵元素，總鐵表示溶液及沉淀中化合態(tài)的鐵元素。40～60min內(nèi)，溶液pH約為6.4，該時(shí)間段內(nèi)引起Fe(Ⅱ)含量降低的反應(yīng)的離子方程式為________________________________________________________________________。③另取100mLpH約為5.8的廢水樣品，加入FeCl3溶液，廢水中鎳含量也有明顯降低，原因是________________________________________________________________________。9.(13分)Na2FeO4可通過Fe3＋與NaClO在堿性溶液中反應(yīng)制備。Na2FeO4和NaClO均可用于氧化去除高氯(含高濃度Cl－)廢水中的有機(jī)物。(1)用Na2FeO4處理高氯廢水中的有機(jī)物時(shí)，需在一定條件下使用。①pH＝5時(shí)，HFeOeq\o\al(－,4)分解放出O2并產(chǎn)生Fe(OH)3沉淀，該反應(yīng)的離子方程式為_____________________________________________________________。②酸性溶液中FeOeq\o\al(2－,4)的氧化性大于Cl2的氧化性。FeOeq\o\al(2－,4)處理高氯廢水中的有機(jī)物需在堿性條件下進(jìn)行，其原因是____________________________________________。(2)用NaClO處理高氯廢水中的有機(jī)物時(shí)，研究了“NaClO”和“Fe3＋＋NaClO”兩種體系對高氯廢水中有機(jī)物的氧化率(廢水中被氧化有機(jī)物的量占廢水中有機(jī)物總量的百分率)。①當(dāng)廢水pH<6時(shí)，僅使用NaClO處理高氯廢水，有機(jī)物的氧化率較低，其原因是____________________________________________________________________________。②當(dāng)n(NaClO)相同時(shí)，使用“NaClO”與“Fe3＋＋NaClO”處理高氯廢水，廢水中有機(jī)物的氧化率隨廢水pH的變化如圖所示。與“NaClO”體系相比，“Fe3＋＋NaClO”體系中有機(jī)物氧化率隨著廢水pH升高顯著增大的原因可能是________________________________________________________________。10.活性自由基HO·可有效除去廢水中的苯酚等有機(jī)污染物。(1)H2O2在Fe3O4催化劑表面產(chǎn)生HO·除去廢水中的苯酚的原理如圖甲所示。①酸性條件下，該催化過程中產(chǎn)生HO·的反應(yīng)的離子方程式為___________________________________________________________________。②在不同初始pH條件下，研究苯酚的去除率隨時(shí)間的變化，結(jié)果表明：在反應(yīng)開始時(shí)，初始pH＝6的溶液中苯酚的去除率明顯低于初始pH＝3的溶液，但一段時(shí)間后兩者接近，原因是____________________________________________________________________甲乙(2)摻雜了Cr3＋的Fe3O4催化劑催化氧化原理如圖乙所示。在Fe3O4催化劑中摻雜少量Cr3＋，可提高催化效率，但濃度太高，反而會降低催化效率，其原因是________________________________________________________________________。11、用化學(xué)方法降解水中有機(jī)物已成為污水處理領(lǐng)域的重要研究方向。(1)酸性條件下，鐵炭混合物處理污水中硝基苯時(shí)的物質(zhì)轉(zhuǎn)化示意圖如圖1所示。①該物質(zhì)轉(zhuǎn)化示意圖可以描述為_________________________________________________。②其他條件一定，反應(yīng)相同時(shí)間，硝基苯的去除率與pH的關(guān)系如圖2所示。pH越大，硝基苯的去除率越低的原因是______________________________________________。(2)向含F(xiàn)e2＋和苯胺()的酸性溶液中加入雙氧水，會發(fā)生如下反應(yīng)：Fe2＋＋H＋＋H2O2=Fe3＋＋HO·＋H2O①HO·(羥基自由基)具有強(qiáng)氧化性，能將溶液中的苯胺氧化成CO2和N2。寫出該反應(yīng)的離子方程式：____________________________________________________________。(3)利用電化學(xué)裝置通過間接氧化法能氧化含苯胺的污水，其原理如圖3所示。其他條件一定，測得不同初始pH條件下，溶液中苯胺的濃度與時(shí)間的關(guān)系如圖4所示。反應(yīng)相同時(shí)間，初始溶液pH＝3時(shí)苯胺濃度大于pH＝10時(shí)的原因是_____________________________________________________________________。[已知氧化性：HClO(H＋)>ClO－(OH－)]1.(1)2∶5∶1(2分)pH增大,c(OH-)增大,OH-與NH4+和Mg2+反應(yīng),導(dǎo)致c(NH4+)和(2)①隨著m(Fe)的增加,形成的微電池?cái)?shù)目減少,溶液中的c(Fe2+)減小(3分)②炭對含磷粒子有吸附作用(3分)(3)①OH-(2分)②H2PO2-+4·OHH2PO4-2、溫度高于50℃時(shí),Fe2+水解程度增大,Fe2+的濃度減小,故ClO2-去除率降低(23.(1)①2MnO4-+3S2-+4H2O2MnO2↓+3S↓+8OH-或2MnO4-+3HS-+H2O2MnO2②等物質(zhì)的量的KMnO4在酸性條件下轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目比堿性條件下多(2分)KMnO4濃度越大,氧化性越強(qiáng),將硫化物氧化為SO4(2)①Fe2Cl2SO4+2K2S2FeS↓+2KCl+K2SO4(3分)FeClSO4中Fe元素的化合價(jià)為+3價(jià),與K2S發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成FeS和S,等物質(zhì)的量的Fe元素消耗K2S的物質(zhì)的量大于Fe2Cl2SO4(2分)4、①H3AsO3+ClO-+2OH-HAsO42?+Cl-+2H2③pH>8時(shí),隨著廢水pH的增大,溶液中As(Ⅴ)由HAsO42?轉(zhuǎn)化為AsO45.(1)①CaSO4(2分)pH增大,促進(jìn)HAsO42?電離,使溶液中c(AsO43?)增大,pH調(diào)節(jié)到8時(shí),Qc=c3(Ca2+)·c2(AsO43?)>Ksp[Ca3(AsO4)2],產(chǎn)生Ca②Fe(OH)3+HAsO42?FeAsO4+2OH-+H2(2)①H3AsO3+MnO2+2H+H3AsO4+Mn2++H2O(3分)②pH從3增大到7過程中,隨著pH增大,新生態(tài)MnO2吸附H+所帶的正電荷減少,吸附含砷微粒的能力減弱,但有更多的H3AsO4轉(zhuǎn)化為H2AsO4-和HAs(3)納米級零價(jià)鐵吸附了水體中的含砷化合物,零價(jià)鐵具有較強(qiáng)的還原性,失去電子給As(Ⅲ),使其被還原為As(0),零價(jià)鐵自身被氧化為Fe2+,Fe2+被水體中的O2氧化成Fe3+,Fe3+將As(Ⅲ)氧化成As(Ⅴ)(3分)6、(2)①酸性條件下,溶液中的氰化物會轉(zhuǎn)變?yōu)镠CN逸出,HCN有毒,會造成污染(2分)②c(Cu2+)超過90mg·L-1,會催化H2O2分解,與CN-反應(yīng)的H2O2的量減少(2分)(4)CO抑制了HCN(g)+H2O(g)NH3(g)+CO(g)反應(yīng)的正向進(jìn)行,同時(shí)CO可將CuO還原為催化活性更好的Cu,400℃時(shí)前者為主要因素,200℃時(shí)后者為主要因素(4分)7.(1)①2CH4+2NH3+3O22HCN+6H2O(3分)②4mol或4×6.02×1023(2分)(2)①H2O2+CN-+H2ONH4++CO②隨著pH升高,c(OH-)增大,Cu2+轉(zhuǎn)化為Cu(OH)2,催化效率降低(3分)(3)過量的S2O52?或SO38、①ClO2投加1.2mg前