高三化学一轮复习专题：废水处理

废水处理1.过量含磷物质的排放会致使水体富营养化，因此发展水体除磷技术非常重要。常用的除磷技术有化学沉淀法、吸附法等。丁次磷酸根离子(H2POeq\o\al(－,2))具有较强的还原性。利用Fe2＋、H2O2联合除去废水中次磷酸根离子，转化过程如图丁所示。①转化(Ⅰ)除生成Fe3＋和羟基自由基(·OH)外，还生成一种离子，其化学式为________________。②写出转化(Ⅱ)的离子方程式：________________________________________________。2、ClO2消毒时会产生少量的ClOeq\o\al(－,2)，可利用FeSO4将ClOeq\o\al(－,2)转化为Cl－除去。控制其他条件相同，ClOeq\o\al(－,2)去除率随温度变化如图所示。温度高于50℃时，ClOeq\o\al(－,2)去除率降低的可能原因是________________________________________________________________________。3.工业废水中常含有一定量的硫化物(以H2S、HS－、S2－的形式存在)，通过氧化沉淀相结合的方法处理后可使废水中含硫量达到国家规定的排放标准。(1)氧化：将含有硫化物的废水引入氧化池，加入KMnO4溶液氧化。已知KMnO4在酸性条件下的还原产物为Mn2＋，碱性条件下的还原产物为MnO2。①pH>7时KMnO4将废水中的硫化物氧化为S，该反应的离子方程式为________________。②硫化物的去除率随pH的变化如图甲所示，废水呈酸性时的去除率大于呈碱性时的原因是________________________________________________________________________。硫化物的去除率和总硫去除率随KMnO4浓度的变化如图乙所示，当KMnO4溶液的物质的量浓度大于1.25mol·L－1时，总硫去除率下降的原因是____________________________________________________________________________。甲乙(2)沉淀：将氧化后的废水加入沉淀剂进一步沉降处理。若用沉淀剂Fe2Cl2SO4处理废水中的K2S，则反应的化学方程式为____________________________________________________________________；若沉淀剂换成FeClSO4，则K2S的去除率明显变大的原因是_______________________________________________________________________________4、(1)利用NaClO和FeSO4进一步处理废水中残余的As(Ⅲ)。已知：ⅰ.NaClO能将As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ)、Fe(Ⅱ)氧化为Fe(Ⅲ)。形成的Fe(OH)3胶体吸附废水中的As(Ⅴ)物种而沉降。ⅱ.溶液的pH对Fe(OH)3胶体表面所带电荷有影响。pH>7时，Fe(OH)3胶体表面带负电荷，pH越高，表面所带负电荷越多。ⅲ.As(Ⅲ)和As(Ⅴ)水溶液中含砷的各物种的分布分数(平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数)与pH的关系如图甲所示。甲①向化学沉淀后的废水(pH≈8)中加入NaClO溶液，写出As(Ⅲ)发生主要反应的离子方程式：________________________________________________________________________。③废水的pH对As(Ⅴ)的去除率的影响如图乙所示。pH>8时，随着废水的pH增大，As(Ⅴ)的去除率发生如图所示变化的原因是__________________________________________________________________________。乙(2)新生态MnO2悬浊液具有较强的氧化性，能将As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ)，也具有较强的吸附性，能吸附水体中的H＋而带正电荷。所带正电荷越多，吸附含砷微粒的能力越强。pH不同时，新生态MnO2悬浊液对砷去除率如图丙所示。丙丁①加入新生态MnO2悬浊液使废水中H3AsO3转化为H3AsO4反应的离子方程式为____________________________________________________。②pH从3增大到7的过程中，随着pH增大，砷的去除率上升。其原因是____________________________________________________________________________________。5.氰化氢(HCN，易挥发，Ka＝5.0×10－10)主要应用于电镀、采矿、药物合成等工业生产。HCN、CN－能抑制人体组织细胞内酶的活性，不能直接排放到环境中。(1)Cu2＋可催化H2O2氧化废水中的CN－。①反应不能在酸性条件下进行，原因是____________________________________________。②在含氰废水总量、H2O2用量和溶液pH一定的情况下，反应相同时间，测得CN－的氧化去除率随c(Cu2＋)的变化如图甲所示。c(Cu2＋)超过90mg·L－1时，CN－的氧化去除率有所下降，原因是____________________________________________________________________。甲(2)在铜镍为催化剂(Cu、CuO为活性组分，Cu的催化活性效果更好)的条件下，可利用反应：HCN(g)＋H2O(g)NH3(g)＋CO(g)ΔH>0除去废气中的HCN。将含相同比例的HCN(g)、H2O(g)、CO(g)[或N2(g)]混合气体分别通过催化剂，反应相同的时间，测得HCN(g)的去除率随温度变化如图丙所示。200℃时含CO的混合气体中HCN(g)的去除率较高，而400℃时含CO的混合气体中HCN(g)的去除率较低。其原因是_________________________________________________________________________________________________丙6.金矿提金采用氰化工艺，产生的含氰废水需处理后才能排放。(1)氰化工艺中，金溶解于NaCN溶液生成[Au(CN)2]－。①1000℃时，CH4、NH3和O2在催化剂作用下可转化为HCN，HCN与NaOH反应可制得NaCN。生成HCN的化学方程式为_____________________________________________。②1mol[Au(CN)2]－中含有σ键的数目为____________。(2)用H2O2溶液处理含氰废水，使有毒的CN－转化为NHeq\o\al(＋,4)、COeq\o\al(2－,3)等。①该反应的离子方程式为________________________________________________________。②Cu2＋可作为上述反应的催化剂。其他条件相同时，总氰化物(CN－、HCN等)去除率随溶液初始pH变化如图甲所示。当溶液初始pH>10时，总氰化物去除率下降的原因可能是____________________________________________________________________________。甲乙(3)用焦亚硫酸钠(Na2S2O5)/空气法处理含氰废水的部分机理如下，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－。其他条件相同时，总氰化物去除率随Na2S2O5初始浓度ρ(Na2S2O5)变化如图乙所示。当ρ(Na2S2O5)>6g·L－1时，总氰化物去除率下降的原因可能是__________________________________________________________________________7、地下水中往往铁、锰元素含量超标，常以Fe2＋、Mn2＋形式存在，可用ClO2水溶液去除铁、锰元素。随着ClO2浓度、pH的增大，铁锰去除率或浓度变化曲线如下图所示。已知：a.碱性越大，Mn2＋越易被氧化为MnO2，MnO2水合物可吸附Mn2＋。b.ClO2易溶于水，不与水反应，消毒中常用作杀菌剂并转化为Cl－，碱性会歧化为ClOeq\o\al(－,2)和ClOeq\o\al(－,3)。①ClO2投加1.2mg前后，去除铁锰情况如图的原因是_______________________________。②pH为6～8时，锰去除率增大，其原因是_______________________________________。8、(13分)镀镍废水中的Ni2＋可用还原铁粉除去。25℃时，部分氢氧化物在废水中开始沉淀和沉淀完全的pH如下表所示：氢氧化物Fe(OH)3Fe(OH)2Ni(OH)2开始沉淀时的pH1.56.67.7沉淀完全时的pH3.39.99.2(1)还原铁粉的制备：向FeSO4溶液中加入NaBH4(其中H元素的化合价为－1价)可得还原铁粉，同时生成H3BO3和H2。理论上制备1molFe，需NaBH4的物质的量为________mol。(2)还原铁粉除镍：向废水中加入还原铁粉，可置换出镍。某小组通过实验研究废水中镍的去除效果。①取五份废水样品各100mL，加酸或碱调节其初始pH不等，再加入等量且过量的铁粉，充分反应后测得废水中镍含量随溶液初始pH的变化如图甲所示。pH太小，残留的镍含量较高，原因是________________________________________________；pH>6.6时，残留的镍含量随溶液初始pH增大而增多的原因是___________________________________。甲乙②取100mL废水样品，向其中加入适量铁粉，测得Fe(Ⅱ)含量和总铁含量变化如图乙所示，Fe(Ⅱ)表示溶液及沉淀中＋2价的铁元素，总铁表示溶液及沉淀中化合态的铁元素。40～60min内，溶液pH约为6.4，该时间段内引起Fe(Ⅱ)含量降低的反应的离子方程式为________________________________________________________________________。③另取100mLpH约为5.8的废水样品，加入FeCl3溶液，废水中镍含量也有明显降低，原因是________________________________________________________________________。9.(13分)Na2FeO4可通过Fe3＋与NaClO在碱性溶液中反应制备。Na2FeO4和NaClO均可用于氧化去除高氯(含高浓度Cl－)废水中的有机物。(1)用Na2FeO4处理高氯废水中的有机物时，需在一定条件下使用。①pH＝5时，HFeOeq\o\al(－,4)分解放出O2并产生Fe(OH)3沉淀，该反应的离子方程式为_____________________________________________________________。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)处理高氯废水中的有机物需在碱性条件下进行，其原因是____________________________________________。(2)用NaClO处理高氯废水中的有机物时，研究了“NaClO”和“Fe3＋＋NaClO”两种体系对高氯废水中有机物的氧化率(废水中被氧化有机物的量占废水中有机物总量的百分率)。①当废水pH<6时，仅使用NaClO处理高氯废水，有机物的氧化率较低，其原因是____________________________________________________________________________。②当n(NaClO)相同时，使用“NaClO”与“Fe3＋＋NaClO”处理高氯废水，废水中有机物的氧化率随废水pH的变化如图所示。与“NaClO”体系相比，“Fe3＋＋NaClO”体系中有机物氧化率随着废水pH升高显著增大的原因可能是________________________________________________________________。10.活性自由基HO·可有效除去废水中的苯酚等有机污染物。(1)H2O2在Fe3O4催化剂表面产生HO·除去废水中的苯酚的原理如图甲所示。①酸性条件下，该催化过程中产生HO·的反应的离子方程式为___________________________________________________________________。②在不同初始pH条件下，研究苯酚的去除率随时间的变化，结果表明：在反应开始时，初始pH＝6的溶液中苯酚的去除率明显低于初始pH＝3的溶液，但一段时间后两者接近，原因是____________________________________________________________________甲乙(2)掺杂了Cr3＋的Fe3O4催化剂催化氧化原理如图乙所示。在Fe3O4催化剂中掺杂少量Cr3＋，可提高催化效率，但浓度太高，反而会降低催化效率，其原因是________________________________________________________________________。11、用化学方法降解水中有机物已成为污水处理领域的重要研究方向。(1)酸性条件下，铁炭混合物处理污水中硝基苯时的物质转化示意图如图1所示。①该物质转化示意图可以描述为_________________________________________________。②其他条件一定，反应相同时间，硝基苯的去除率与pH的关系如图2所示。pH越大，硝基苯的去除率越低的原因是______________________________________________。(2)向含Fe2＋和苯胺()的酸性溶液中加入双氧水，会发生如下反应：Fe2＋＋H＋＋H2O2=Fe3＋＋HO·＋H2O①HO·(羟基自由基)具有强氧化性，能将溶液中的苯胺氧化成CO2和N2。写出该反应的离子方程式：____________________________________________________________。(3)利用电化学装置通过间接氧化法能氧化含苯胺的污水，其原理如图3所示。其他条件一定，测得不同初始pH条件下，溶液中苯胺的浓度与时间的关系如图4所示。反应相同时间，初始溶液pH＝3时苯胺浓度大于pH＝10时的原因是_____________________________________________________________________。[已知氧化性：HClO(H＋)>ClO－(OH－)]1.(1)2∶5∶1(2分)pH增大,c(OH-)增大,OH-与NH4+和Mg2+反应,导致c(NH4+)和(2)①随着m(Fe)的增加,形成的微电池数目减少,溶液中的c(Fe2+)减小(3分)②炭对含磷粒子有吸附作用(3分)(3)①OH-(2分)②H2PO2-+4·OHH2PO4-2、温度高于50℃时,Fe2+水解程度增大,Fe2+的浓度减小,故ClO2-去除率降低(23.(1)①2MnO4-+3S2-+4H2O2MnO2↓+3S↓+8OH-或2MnO4-+3HS-+H2O2MnO2②等物质的量的KMnO4在酸性条件下转移的电子数目比碱性条件下多(2分)KMnO4浓度越大,氧化性越强,将硫化物氧化为SO4(2)①Fe2Cl2SO4+2K2S2FeS↓+2KCl+K2SO4(3分)FeClSO4中Fe元素的化合价为+3价,与K2S发生氧化还原反应生成FeS和S,等物质的量的Fe元素消耗K2S的物质的量大于Fe2Cl2SO4(2分)4、①H3AsO3+ClO-+2OH-HAsO42−+Cl-+2H2③pH>8时,随着废水pH的增大,溶液中As(Ⅴ)由HAsO42−转化为AsO45.(1)①CaSO4(2分)pH增大,促进HAsO42−电离,使溶液中c(AsO43−)增大,pH调节到8时,Qc=c3(Ca2+)·c2(AsO43−)>Ksp[Ca3(AsO4)2],产生Ca②Fe(OH)3+HAsO42−FeAsO4+2OH-+H2(2)①H3AsO3+MnO2+2H+H3AsO4+Mn2++H2O(3分)②pH从3增大到7过程中,随着pH增大,新生态MnO2吸附H+所带的正电荷减少,吸附含砷微粒的能力减弱,但有更多的H3AsO4转化为H2AsO4-和HAs(3)纳米级零价铁吸附了水体中的含砷化合物,零价铁具有较强的还原性,失去电子给As(Ⅲ),使其被还原为As(0),零价铁自身被氧化为Fe2+,Fe2+被水体中的O2氧化成Fe3+,Fe3+将As(Ⅲ)氧化成As(Ⅴ)(3分)6、(2)①酸性条件下,溶液中的氰化物会转变为HCN逸出,HCN有毒,会造成污染(2分)②c(Cu2+)超过90mg·L-1,会催化H2O2分解,与CN-反应的H2O2的量减少(2分)(4)CO抑制了HCN(g)+H2O(g)NH3(g)+CO(g)反应的正向进行,同时CO可将CuO还原为催化活性更好的Cu,400℃时前者为主要因素,200℃时后者为主要因素(4分)7.(1)①2CH4+2NH3+3O22HCN+6H2O(3分)②4mol或4×6.02×1023(2分)(2)①H2O2+CN-+H2ONH4++CO②随着pH升高,c(OH-)增大,Cu2+转化为Cu(OH)2,催化效率降低(3分)(3)过量的S2O52−或SO38、①ClO2投加1.2mg前