Question

17．重金屬元素鉻的毒性較大，含鉻廢水需經處理達標后才能排放．
I．某工業廢水中主要含有Cr³⁺，同時還含有少量的Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺和Mg²⁺等，
且酸性較強．為回收利用，通常采用如下流程處理：

注：部分陽離子常溫下以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的pH見表．

氫氧化物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Mg（OH）2	Al（OH）3	Cr（OH）3
pH	3.7	9.6	11.1	8	9（＞9溶解）

（1）氧化過程中可代替H₂O₂的最佳試劑是A （填序號）．
A．Na₂O₂     B．FeCl₃     C．KMnO₄
（2）加入NaOH溶液調整溶液pH=8時，除去的離子是AB（填序號）；
已知鈉離子交換樹脂的原理：Mⁿ⁺+nNaR-→MR_n+nNa⁺，此步操作被交換除去的雜質離子是CD （填序號）．
A．Fe³⁺       B．Al³⁺       C．Ca²⁺       D．Mg²⁺
II．酸性條件下，六價鉻主要以Cr₂O₇^2-形式存在，工業上常用電解法處理含Cr₂O₇^2-的廢水：該法用Fe作電極電解含Cr₂O₇^2-的酸性廢水，隨著電解進行，在陰極附近溶液pH升高，產生Cr（OH）₃沉淀．
（3）電解時能否用Cu電極來代替Fe電極？不能 （填“能”或“不能”），理由是：因陽極產生的Cu²⁺不能使Cr₂O₇^2-還原到低價態
（4）電解時陽極附近溶液中Cr₂O₇^2-轉化為Cr³⁺的離子方程式為：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺═6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O
（5）常溫下，Cr（OH）₃的溶度積K_sp=1×10^-32，當溶液中的c（Cr³⁺）=10^-5 mol•L^-1時，pH=5．

Answer 1

分析 I．某工業廢水中主要含有Cr³⁺，同時還含有少量的Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺和Mg²⁺等，加雙氧水把亞鐵離子氧化為鐵離子，同時Cr³⁺被氧化為Cr₂O₇^2-，加氫氧化鈉調節pH=8，則Fe³⁺、Al³⁺轉化為氫氧化鐵和氫氧化鋁沉淀，過濾，濾液中主要含有Cr₂O₇^2-、Ca²⁺和Mg²⁺等，通過鈉離子交換樹脂，除去Ca²⁺和Mg²⁺，然后加Na₂S₂O₃把Cr₂O₇^2-還原為8Cr³⁺，再調節pH得到Cr（OH）（H₂O）₅SO₄，
（1）加氧化劑主要目的是把亞鐵離子氧化為鐵離子，注意不能引入新的雜質；
（2）根據表中數據判斷；通過鈉離子交換樹脂，除去Ca²⁺和Mg²⁺；
II．（3）銅失去電子得到的陽離子是銅離子，該離子不具有還原性，不能和重鉻酸根之間發生反應；
（4）Cr₂O₇^2-具有強氧化性，可以將亞鐵離子氧化為鐵離子，自身被還原為2Cr³⁺，據此書寫方程式；
（5）根據溶度積常數以及水的離子積常數來進行計算．

解答 解：I．某工業廢水中主要含有Cr³⁺，同時還含有少量的Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺和Mg²⁺等，加雙氧水把亞鐵離子氧化為鐵離子，同時Cr³⁺被氧化為Cr₂O₇^2-，加氫氧化鈉調節pH=8，則Fe³⁺、Al³⁺轉化為氫氧化鐵和氫氧化鋁沉淀，過濾，濾液中主要含有Cr₂O₇^2-、Ca²⁺和Mg²⁺等，通過鈉離子交換樹脂，除去Ca²⁺和Mg²⁺，然后加Na₂S₂O₃把Cr₂O₇^2-還原為8Cr³⁺，再調節pH得到Cr（OH）（H₂O）₅SO₄，
（1）加氧化劑主要目的是把亞鐵離子氧化為鐵離子，同時不能引入新的雜質，所以可以用Na₂O₂代替H₂O₂，故答案為：A；
（2）根據表中數據可知，pH=8時，Fe³⁺、Al³⁺轉化為氫氧化鐵和氫氧化鋁沉淀，則Fe³⁺、Al³⁺被除去；通過鈉離子交換樹脂，除去Ca²⁺和Mg²⁺；
故答案為：AB；CD；
II．（3）若用Cu電極來代替Fe電極，在陽極上銅失去電子得到的陽離子是銅離子，該離子不具有還原性，不能和重鉻酸根之間發生反應，
故答案為：不能；因陽極產生的Cu²⁺不能使Cr₂O₇^2-還原到低價態；
（4）Cr₂O₇^2-具有強氧化性，可以將亞鐵離子氧化為鐵離子，自身被還原為2Cr³⁺，反應的實質是：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺═6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，
故答案為：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺═6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O；
（5）當c（Cr³⁺）=10^-5mol/L時，溶液的c（OH^-）=$\root{3}{\frac{1{0}^{-32}}{1{0}^{-5}}}$=10^-9 mol/L，
c（H⁺）═$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-9}}$=10^-5mol/L，pH=5，
即要使c（Cr³⁺）降至10^-5mol/L，溶液的pH應調至5，
故答案為：5．

點評 本題考查了物質分離提純的操作及方法應用、電解原理、難溶物溶度積的計算等，題目難度較大，涉及的知識點較多，注意掌握電解原理、難溶物溶度積的概念及計算方法，試題培養了學生的分析、理解能力及化學計算能力．