师：各位同学们，大家好。说起硫酸，相信大家一定不陌生。硫酸是硫最重要的含氧酸，是一种极为活泼的二元无机强酸，于公元8世纪被发现。它能与绝大多数金属发生反应。高浓度硫酸具有强烈吸水性，可用作脱水剂，能碳化木材、纸张、棉麻织物及生物皮、肉等含碳水化合物的物质。其与水混合时会放出大量热能，具有强烈的腐蚀性和氧化性，因此需谨慎使用。硫酸是一种重要的工业原料，可用于制造肥料、药物、炸药、颜料、洗涤剂、蓄电池等，也广泛应用于净化石油、金属冶炼以及染料等工业中，常用作化学试剂，在有机合成中可用作脱水剂和磺化剂。

　　硫酸被称为“化工之母”，我国硫酸年产量巨大，这由化学工艺水平决定。硫酸工业产生的废水含有大量酸性物质以及重金属离子，需处理达标后再排放。那么，硫酸工业产生的废水有哪些处理方法？用化学法处理硫酸废水涉及哪些反应类型和原理呢？硫酸工业产生废水中的反应类型属于电解质溶液中离子之间的相互反应。我们通过离子反应的相关原理、离子反应的类型、离子反应的本质以及方程式的书写，来解决硫酸工业废水处理的原理问题。

　　查阅文献资料可知，工业废水处理技术有物理法、化学法和生物法，其中化学方法有混凝法、中和法、氧化还原法、吸附和离子交换等。硫酸工业的废水中含有大量硫酸、亚硫酸、氟离子、砷酸根离子、三氧化二砷及悬浮物等多种有害物质。对于酸性废水，我们首先通过碱液中和进行预处理，大家可以选用哪些碱液来处理呢？

　　我们以最常见的两种碱——氢氧化钠溶液和氨水为例，大家考虑一下它们与硫酸废水中的硫酸和亚硫酸反应属于什么类型？

　　生：氢氧化钠与氨水分别与硫酸与亚硫酸的反应属于复分解反应中的酸碱中和反应，也属于电解质溶液中的离子反应。

　　师：那么下面请大家写出反应一和反应二涉及的离子方程式。

　　（同学们书写离子方程式）

　　师：我们一起来核对一下离子方程式的书写。在书写该反应的离子方程式时，注意硫酸与氢氧化钠为强电解质，应拆分成离子形式，而亚硫酸与一水合氨属于弱电解质，要保留化学式形式。在离子方程式书写中，能够拆分成离子形式的为可溶于水的强酸、强碱和盐。

　　在实际工业生产中，我们多选用石灰乳。石灰乳中含有的氢氧化钙除了能中和酸性物质之外，还能与废水中多价的金属（如铁、锌、铝等）形成氢氧化物，与砷酸根离子形成砷酸钙，与氟化氢反应生成难溶的氟化钙，形成共沉。下面请大家写出用石灰乳来除砷的离子方程式。石灰乳作为反应物不能拆，要保留它的化学式形式。写完之后调节氢氧根离子，使左右电荷达到守恒。请大家写出石灰乳来除去亚铁离子与三价铁离子的离子方程式。

　　（同学们书写离子方程式）

　　师：我们一起来核对一下。写完注意检查方程式两边是否符合电荷守恒。由以上反应可知，离子反应会向着生成更难溶物质的方向进行。工业硫酸废水的处理方法二，硫化沉淀法。硫化法主要用于除去废水中的砷元素，原理为利用硫化剂（比如硫化钠）与废水中的砷形成难溶的三硫化二砷沉淀，从而使砷从废水中去除。该法也可以沉淀废水中多种金属离子。为了使废水中的砷完全转化，需要加入过量的硫化剂，而过量的硫化剂能与酸反应生成硫化氢。

　　硫化氢是污染性气体，需要进行有效的吸收处理。已知在25摄氏度时，硫酸氢根的电离平衡常数为(1.0×10^{-2})，硫化氢的电离平衡常数第一级为(1.3×10^{-7})，第二级为(7.1×10^{-15})。请大家写出过量硫化剂如硫化钠与硫酸反应的离子方程式。

　　生：由信息可知电离平衡常数硫酸氢根离子大于硫化氢，所以离子方程式为两摩尔氢离子与硫离子反应生成硫化氢气体。

　　师：硫化氢气体既是易挥发性的气体，也是一种难电离的弱酸。由此可知，离子反应会向着生成更难电离、易挥发的物质的方向进行。

　　硫酸工业废水处理的方法三，石灰聚铁法。由于废水中含砷离子与氢氧化钙反应很慢，需要利用废水中含有的铁盐或外部补充的铁盐生成具有吸附能力的氢氧化铁胶体，对砷酸盐、氟化钙起到聚凝、吸附和共沉淀的作用，加快沉淀速度，能更有效地去除砷和氟。另外，硫酸工业废水中砷元素主要以正三价三氧化二砷形态存在，正三价砷毒性大且溶解度也较大，所以在处理时需将其氧化为溶解度更小、毒性更小的砷酸。废水中铁盐主要以正二价形态存在，若能先氧化成正三价铁离子，可以减少铁盐的投加量，降低废水的处理费用。那么在工业上我们可以选用哪些氧化剂来实现上述氧化过程呢？

　　生：在工业上通常使用的氧化剂有过氧化氢、高锰酸钾、臭氧和软锰矿（主要成分为二氧化锰）等。含砷浓度较低的废水可以使用空气中的氧气作氧化剂。

　　师：那么下面就请大家以过氧化氢为例，写出氧化三氧化二砷与亚铁离子所涉及的离子反应方程式。

　　（同学们书写离子方程式）

　　师：分析信息可得，三氧化二砷被过氧化氢氧化成正五价的砷酸，找出其中化合价发生变化的元素，砷由正三价转化为正五价，氧由负一价转化为负二价。利用得失电子守恒来配平发生氧化还原反应的原子，可得过氧化氢的计量数为2。接下来我们通过调节电荷守恒使两端电荷相平，这个反应中左右两端电荷数为0，所以我们跳过这一步，直接用观察法配平原子守恒，可得在左边加上一摩尔水。同理，亚铁离子被过氧化氢氧化生成三价铁，发生化合价变化的元素为铁和氧。铁由正二价升高为正三价，氧由负一价降低为负二价。配平得失电子守恒可得铁原子计量数为2。接下来我们判断一下溶液的酸碱性。溶液为酸性，通过调节氢离子来使方程式左右两端电荷守恒，可得在方程式左边应加上两摩尔氢离子，最后由原子守恒得到，右边应加上两摩尔水。写完之后注意检查方程式是否符合原子守恒和电荷守恒。在氧化过程中如何证明亚铁离子被氧化生成了三价铁离子呢？请你用离子方程式来表示。