高考內(nèi)外,重金屬來襲

據(jù)鳳凰網(wǎng)等多家媒體報道，今年春節(jié)期間發(fā)生在廣西龍江河的鎘污染事件中，鎘泄漏量達(dá)到20噸（相當(dāng)于2010年全國廢水鎘排放量的2/3），造成龍江河以及柳江兩岸的人們陷入用水恐慌。

其實，不管是這次鎘污染事件，還是前期國內(nèi)的稻米鎘超標(biāo)問題、云南曲靖鉻渣污染、紫金礦業(yè)汀江污染等事件，重金屬污染已成為近幾年公眾關(guān)注的一個社會熱點問題，同時，也可能成為高考化學(xué)試題的命題熱點。本文分析重金屬污染與化學(xué)高考的密切聯(lián)系，預(yù)測命題方向。

第一類：跟重金屬污染相關(guān)的是非判斷題

這一類試題往往會涉及一些重要的化學(xué)常識，例如重金屬的性質(zhì)、污染防治辦法等，也會涉及化學(xué)工業(yè)問題。平時復(fù)習(xí)過程中同學(xué)們要重視諸如下列的基本觀點和化學(xué)基礎(chǔ)知識：

（1）受鎘、鉻、汞、鉛等重金屬污染的水不能飲用，不能用于灌溉農(nóng)田，受污染區(qū)域的土壤不能用于種植食用性植物。早年日本的“疼痛病”就與鎘污染相關(guān)，而“水俁病”則跟汞污染有關(guān)。

（2）重金屬污染源比較多，常見的有電鍍、造紙、制革等化工廠排放的廢液，金屬冶煉、煤燃燒、采礦等殘留的廢渣，日常生活留下的廢舊電池、電瓶等。

（3）預(yù)防重金屬污染比治理更有效。一旦發(fā)生重金屬污染，環(huán)境是十分難恢復(fù)的，危害周期漫長。

治理重金屬污染主要靠化學(xué)方法。如，在本次廣西龍江河鎘污染處理過程中，向受污染的河水中加入大量石灰、聚氯化鋁等，利用相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)來降低河水中的鎘含量。

例1 環(huán)境污染已成為危害人類生存的一個嚴(yán)峻問題，下列有關(guān)環(huán)境污染的說法不正確的是（ ）

A．目前，我國許多地區(qū)禁止使用含鉛汽油，是為了預(yù)防鉛污染

B．Cr（VI）有強烈的致癌作用，對農(nóng)作物及微生物的毒害也很大，所以含鉻廢水必須處理達(dá)標(biāo)后才能排放

C．廢舊電池中的汞、鎘、鉛等重金屬鹽會造成污染，所以必須收集起來進(jìn)行深埋處理

D．氮的氧化物會造成光化學(xué)污染，也會破壞臭氧層，還可能形成硝酸型酸雨

【簡析】早年生產(chǎn)的汽油中添加了含鉛抗震劑，大量使用易造成鉛污染。目前，包括我國在內(nèi)的許多國家都禁止使用含鉛汽油。含重金屬元素的廢棄物品（如含汞、鎘等重金屬鹽的廢舊電池和廢舊電瓶等）必須收集起來集中處理，但不能跟普通垃圾一樣進(jìn)行深埋處理，否則會造成地下水污染等更嚴(yán)重的危害。

【答案】C

例2 在廣西龍江河發(fā)生嚴(yán)重水體鎘污染時，環(huán)保部門采用加入石灰和聚氯化鋁或聚合硫酸鐵（PFS）的方法處理。PFS的化學(xué)式為[Fe2（OH）n（SO4）3-n/2]m（n< 5，m<10）。下列說法中錯誤的是（ ）

A．在元素周期表中，鋁元素屬于主族元素，鐵和鎘元素都屬于副族元素

B．污染河水中的鎘元素可以用原子吸收分光光度法等方法來檢測

C．PFS中含有Fe3+、Fe2+離子，投入受污染的河水中都會轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵膠體而吸附含鎘物質(zhì)

D．工業(yè)上可以用鋁土礦為原料制取聚氯化鋁，可以用赤鐵礦為原料制取PFS

【簡析】元素周期表中，鐵元素在第四周期、第VⅢ族，鎘元素在第四周期、第IIB族。化學(xué)分析中常常會借助一些儀器來檢測化學(xué)物質(zhì)含量，如原子吸收分光光度法。PFS實際是一種堿式硫酸鐵，從“[Fe2（OH）n（SO4）3-n/2]m”中可計算出鐵元素的化合價是+3價。

【答案】C

第二類：與含重金屬廢渣處理相關(guān)的綜合題

據(jù)鳳凰網(wǎng)報道，這次廣西龍江河鎘污染事件跟兩家企業(yè)直接相關(guān)，一家從事“濕法提銦生產(chǎn)”（即提煉重金屬銦），另一家主要是“生產(chǎn)電解鋅”（即提煉重金屬鋅）。兩家企業(yè)都沒有對生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢液、廢渣進(jìn)行嚴(yán)格處理，惡意排放重金屬量嚴(yán)重超標(biāo)的廢液和廢渣，造成了極為嚴(yán)重的后果。

為了提高同學(xué)們從化學(xué)學(xué)科視角觀察和分析這類問題的能力，大家在高考復(fù)習(xí)時可補充拓展類似以下的內(nèi)容：

（1）金屬冶煉過程中常常會產(chǎn)生含重金屬元素的廢渣、廢液等，必須按國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行嚴(yán)格處理。含鎘礦物常跟含鋅礦物伴生，所以冶煉鋅時可得到副產(chǎn)品鎘。

（2）鎘有廣泛用途。鎘可用作軸承材料和抗銹鍍層，比鍍鋅的抗銹效果更好。鎘化合物可用于電視機和監(jiān)視器的熒光材料。銀-銦-鎘合金由于耐腐蝕性、標(biāo)度穩(wěn)定性好，可取代昂貴的鉿用于制作核反應(yīng)堆（輕水堆）中的中子控制棒。硫化鎘可用于制作被廣泛應(yīng)用的光電管。CdTe是一種優(yōu)良的混晶材料。

（3）重金屬對人體的毒害程度與攝入體內(nèi)的數(shù)量有關(guān)，與其存在的形態(tài)也有密切的關(guān)系。如烷基汞比含Hg2+無機鹽毒性強得多，Cr（VI）的毒性比Cr（III）的毒性大得多。某些金屬的毒性受到其他共存物的影響，如銅、鋅共存時其毒性為它們單獨存在時的8倍，又如鋅能抑制鎘的毒性，硒能對抗鉛、汞、鎘、砷等有害元素對人體的危害。

例3 現(xiàn)代煉鋅的方法可分為火法和濕法兩大類，鎘是生產(chǎn)硫酸鋅的副產(chǎn)品，屬于高毒性金屬。試回答下列相關(guān)問題。

（1）火法煉鋅是將閃鋅礦（主要含ZnS）通過浮選、焙燒使它轉(zhuǎn)化為氧化鋅，再把氧化鋅和焦炭混合，在鼓風(fēng)爐中加熱至1373～1573 K，使鋅蒸餾出來。主要反應(yīng)為：

2ZnS +3O22ZnO+2SO2； 鼓風(fēng)爐中：2C +O2

2CO，ZnO+COZn + CO2。

火法煉鋅的殘渣中含多種金屬單質(zhì)及In2O3，可用硫酸提取銦。某研究機構(gòu)對此進(jìn)行研究的數(shù)據(jù)如下。實驗中溶液的酸度（每升溶液中含硫酸的質(zhì)量）與銦的浸出率如下圖1，硫酸溶液與固體的體積比如圖2。

①當(dāng)酸度為196時，硫酸的物質(zhì)的量濃度為 。

②從節(jié)約原料和浸出率考慮，適宜的酸度和液固比分別為 、 。

（2）濕法煉鋅的主要工藝流程為：

①從保護(hù)環(huán)境和充分利用原料角度看，如何循環(huán)利用煙氣？ 。

②欲除去酸浸出液中的鐵，可用H2O2氧化，再調(diào)節(jié)pH使之形成Fe（OH）3沉淀。寫出H2O2氧化Fe2+的離子方程式： 。

③酸浸出液還含有Cd2+，為了防止鎘污染并回收鎘，根據(jù)它們的性質(zhì)差異，可用氫氧化鈉溶液分離。已知氫氧化鋅和氫氧化鋁一樣也具有兩性，試寫出分離兩者的離子方程式： 、 。

【簡析】觀察題給圖1，可確定當(dāng)硫酸的酸度達(dá)到180以上時，銦的浸出量已達(dá)到最大值；觀察題給圖2，可確定當(dāng)液固比達(dá)到6∶1時，銦的浸出率已達(dá)到最大值。

氫氧化鋅跟氫氧化鋁一樣具有兩性，但氫氧化鎘沒有兩性，可利用這一性質(zhì)將鋅和鎘分離。在混合溶液中加氫氧化鈉時，氫氧化鋅轉(zhuǎn)化為鋅酸鹽溶解，鎘離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鎘沉淀。

【答案】（1）①2 mol·L-1 ②180 6∶1

（2）①將煙道氣凈化，用于生產(chǎn)硫酸等 ②2Fe2+ +H2O2 + 2H+ 2Fe3+ +2H2O

③Cd2+ + 2OH-Cd（OH）2↓

Zn2++4OH-ZnO22-+2H2O

例4 （1）工業(yè)廢水中常含有不同類型的污染物，可采用不同的方法處理。以下是乙同學(xué)針對含不同污染物的廢水提出的處理措施和方法，其中正確的是（ ）

選項污染物處理措施方法類別

A廢酸加生石灰中和物理法

BCu2+等重金屬離子加硫酸鹽沉降化學(xué)法

C含復(fù)雜有機物的廢水通過微生物代謝物理法

D堿性的廢水用CO2來中和化學(xué)法

（2）工業(yè)廢水必須經(jīng)過處理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后才能排放。硫酸工業(yè)的廢水主要含有微量硫酸和鐵離子、鉛離子等重金屬離子，一般用石灰來除去這些有害成分，原理是____________。

（3）電鍍等工業(yè)中對含鉻廢水的處理原理是將Cr2O72-轉(zhuǎn)化為Cr3+ ，再將Cr3+ 轉(zhuǎn)化為沉淀。廢水中pH與Cr2O72-轉(zhuǎn)化為Cr3+ 的關(guān)系如圖1所示，實驗室模擬工業(yè)電解法處理含鉻廢水的裝置如圖2所示。

“（ ）”中標(biāo)出電源的正、負(fù)極。

③實驗中除能觀察到廢水的顏色發(fā)生明顯變化外，還可能觀察到的其他現(xiàn)象是 。

④當(dāng)廢水顏色不再發(fā)生明顯變化時，切斷電源，取出電極，再調(diào)節(jié)電解液的pH至8左右。調(diào)節(jié)pH的目的是 。

⑤含鉻廢水國家排放標(biāo)準(zhǔn)為Cr（VI）含量小于（含等于）0.1000 mg/L。取上述電解后的廢水200.00 mL，調(diào)節(jié)pH=1后置于錐形瓶中，用濃度為0.0001 mol/L的KI溶液滴定，至滴定終點時，用去KI溶液9.00 mL。已知酸性條件下，I -被Cr2O72-氧化的產(chǎn)物為I2。上述電解法處理后的廢水中Cr（VI）的含量為 mg/L。

【簡析】第（2）問中，在含有鐵離子和鉛離子等重金屬離子的廢水中加石灰，目的是調(diào)節(jié)溶液的pH，以利于鐵離子和鉛離子轉(zhuǎn)化為難溶物質(zhì)沉淀。

第（3）問中，鐵作電解池的陽極，電解過程中鐵在陽極被氧化為Fe2+離子，F(xiàn)e2+離子進(jìn)入溶液后，跟Cr2O72-發(fā)生如下氧化還原反應(yīng)：

Cr2O72-+6Fe2++14H+6Fe3++2Cr3++7H2O

所以，含鉻廢水先要進(jìn)行“酸化”預(yù)處理，圖中鐵棒應(yīng)該跟電源正極相連接。待到溶液中Cr2O72-全部轉(zhuǎn)化為Cr3+時，應(yīng)再調(diào)節(jié)溶液的pH使溶液顯堿性，以促使鐵離子和鉻離子轉(zhuǎn)化為難溶的氫氧化鉻和氫氧化鐵沉淀。

【答案】（1）D （2）中和硫酸；石灰跟鐵離子等反應(yīng)形成絮狀沉淀，有較好的吸附作用，從而除去重金屬離子

（3）①調(diào)節(jié)pH為1左右 ②＋ ③陰極區(qū)產(chǎn)生沉淀 ④使溶液中的Fe3+、Cr3+全部轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀 ⑤0.0780 mg/L