一道關于鎘污染的化學反應原理原創題

2012年春節期間，一起鎘污染事件備受關注，多部門積極處理，多措施保障人民生活飲水安全。筆者結合實際情景圍繞鎘污染編寫了一道以化學反應原理為主的原創題。

【題目】2012年春節期間，一起鎘污染事件備受關注，多部門積極檢測并處理，采取了以下兩種方法。

方法1：絮凝劑富集法

聚合氯化鋁（PAC）分子結構大，吸附能力強，成本低，所以這次事故處理投放了大量的該物質作為絮凝劑使鎘離子固體化。

（1）AlCl3水溶液呈 性（填“酸”、“堿”或“中”），該水溶液中離子濃度由小到大的順序是_________，AlCl3在水溶液中也能產生一種絮狀吸附物質，用離子方程式表示產生絮狀物的過程_________。

（2）一定溫度下，鋁在氯氣中燃燒生成氯化鋁固體，每轉移1mol電子，放熱

akJ，寫出該反應的熱化學反應方程式_________。

（3）Al2O3的熔點遠遠高于AlCl3的熔點，而工業冶煉鋁采用電解熔融的Al2O3而不是AlCl3的主要原因是_________，氯化鋁的二聚體結構如下，其結構中所有化學鍵類型_______（填“相同”或“不同”），若不相同，分別是_________鍵和_________鍵。

方法2：弱堿性沉淀法

加入堿使鎘離子形成沉淀，再加入絮凝劑使沉淀顆粒變大。此次處理加入食品級燒堿調節pH值。

（4）與用熟石灰相比，分別寫出一條用食品級燒堿調節pH值的優點和缺點：

優點_________缺點_________。

（5）弱堿法沉淀形成白色的Cd(OH)2在溶液中存在以下沉淀溶解平衡：

Cd(OH)2(S)Cd2+(aq)+2OH-(aq)

常溫下，Cd(OH)2溶液的溶度積Ksp=c(Cd2+)﹒c2(OH-)=4×10-16(mol/L)3，國家標準GB5749-2006《生活飲用水衛生標準》中鎘不得超過4×10-8mol/L，要使柳江水符合飲用水衛生標準，需要先將水的pH值調至_________（為了便于計算，所給數據與實際數據稍有出入），CdS為黃色，其溶液的溶度積為1.4×10-29(mol/L)2，向飽和的Cd(OH)2溶液中滴加0.1mol/LNa2S溶液，現象為_________。

(6)有關鎘及其污染說法不正確的是（ ）。

A.污染物的排放實際是有價值的物質排錯了地方

B.金屬鎘可做成原子反應堆中的中子吸收棒，廣泛用于電鍍上

C.鎘因可能造成重金屬污染不應開發

D.鎘相關生產企業應嚴格按照可持續發展規律操作

【命題意圖】該題讓學生理解科學、技術與社會（STS）的相互作用，有助于學生形成科學的價值觀，運用所學化學反應原理和物質結構的知識解釋生活中的現象、問題，提高對化學學科的學習興趣。物質在水溶液中的行為、熱化學反應方程式是化學反應原理的重要組成部分，本題以鎘污染為載體對這些知識進行有機組合，并融入了結構知識和可持續發展理念。考查了鹽的水解及其應用、氧化還原反應的電子轉移和熱化學反應方程式、化學鍵與其決定的物質類別、沉淀溶解平衡計算以及資源利用中的可持續發展等相關知識。

本題為原創題，情景新穎而真實，曾用于2012年高三開學考試，有較好的區分度。題目的綜合性較強，包含的知識點較多，凸顯能力考查，難度適中。

【解題思路】（1）運用鹽的水解知識解答，單一鹽的水解難度不大。（2）寫出并配平金屬鋁與氯氣的反應方程式，注明物質狀態，根據所寫反應方程式轉移電子數計算出對應的焓變，注意焓變的正負號和單位。（3）依據離子化合物的鑒別方法或結構中電負性的知識找出原因，結合鋁的價電子數和題目所給結構式判斷鋁周圍既有共價鍵又有配位鍵。（4）從食品級信息入手，說明所用物質的安全性，也可從二者的價格差異分析，另外還可結合溶解度較大的強堿會導致配套使用的鋁元素大量以［Al(OH-)4］-的形式進入水中，造成二次污染等。（5）用題目中的溶度積與國家規定的飲用水鎘離子最高濃度，計算出最低濃度，再結合水的離子積與pH值計算公式得出結果，利用二者溶度積判斷沉淀的轉化。（6）結合鎘元素知識和資源的充分利用的常識進行判斷。

［參考答案］

（1）酸；c(OH-)<c(H+)<c(Al3+)<c(Cl-)；Al3++3H2OAl(OH)3+3H+。

(2)2Al(s)+3Cl2(g)=2AlCl3(s) ΔH=-6akJ/mol。

（3）AlCl3為共價化合物，Al2O3為離子化合物；不同；共價；配位。

（4）食品級燒堿安全或溶解度大（合理即可）；價格貴或使用不當會使聚合氯化鋁中的鋁以離子形式進入水中引起二次污染（合理即可）。

（5）10；沉淀由白色變成黃色。

（6）C。

(責任編輯 羅 艷）