Question

17．Cr（Ⅵ）具有毒性和致癌作用，工業廢水中Cr（Ⅵ）主要以$C{r}_{2}{O}_{7}^{2-}$的形式存在，為除去酸性廢水中的$C{r}_{2}{O}_{7}^{2-}$，通常采用以下處理方法；
①往工業廢水中加入適量的1-2g•L^-1食鹽水；
②以鐵作為電極迸行電解；
③鼓入空氣，經過一段時間后，使廢水中的含鉻（Ⅵ）量降到可排放的標準，
其原理是將$C{r}_{2}{O}_{7}^{2-}$還原為可溶性三價鉻離子，整個過程中，溶液的pH會逐漸增大，最終將離子轉化成難溶性氫氧化物而將其除去．
（1）用鐵作為電極電解時．陽極的電極反應式為Fe-2e^-=Fe²⁺，加入食鹽水的目的是增強溶液的導電能力
（2）處理過程中，pH增大的原因是2H⁺+2e^-═H₂↑、6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺═6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O（用有關電極反應式和離子方程式加以說明）
（3）已知常溫下，K_sp[Cr（OH）₃]=1.0×10^-30，K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38．若使Cr³⁺的濃度低于1×10^-9mol•L^-1，則最終廢水的pH不低于7．此時Fe³⁺的濃度不高于4×10^-17mol•L^-1．

Answer 1

分析 （1）陽極鐵失去電子生成亞鐵離子；加入適量的NaCl可增強溶液的導電性；
（2）陰極上氫離子得到電子生成氫氣及溶液中發生氧化還原都消耗氫離子；
（3）Cr³⁺的濃度低于1×10^-9mol•L^-1，則溶液中氫氧根離子濃度應滿足c（OH^-）＞$\root{3}{\frac{{K}_{sp}[Cr（{OH）}_{3}]}{c（C{r}^{3+}）}}$，再計算出氫離子的最大濃度及溶液的pH范圍；根據溶液中氫氧根離子的濃度范圍及c（Fe³⁺）＜$\frac{{K}_{sp}[Fe（OH）_{3}]}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$計算出鐵離子的濃度最大值．

解答 解：（1）Fe為陽極，則陽極鐵失去電子生成亞鐵離子，所以陽極反應為：Fe-2e^-=Fe²⁺；因NaCl為電解質，加入適量的NaCl可增強溶液的導電能力，
故答案為：Fe-2e^-=Fe²⁺；增強溶液的導電能力；
（2）陰極上氫離子得電子發生還原反應：2H⁺+2e^-═H₂↑，同時溶液中的氧化還原反應也消耗H⁺：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺═6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，導致溶液中氫離子濃度降低，從而使溶液pH升高，
故答案為：2H⁺+2e^-═H₂↑、6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺═6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O；
（3）Cr³⁺的濃度低于1×10^-9mol•L^-1，則溶液中氫氧根離子濃度應滿足：c（OH^-）＞$\root{3}{\frac{{K}_{sp}[Cr（{OH）}_{3}]}{c（C{r}^{3+}）}}$=$\root{3}{\frac{1.0×1{0}^{-30}}{1×1{0}^{-9}}}$mol/L=1×10^-7mol•L^-1，氫離子濃度小于1×10^-7mol•L^-1，所以最終廢水的pH不低于lg1×10^-7=7；當c（OH^-）＞1×10^-7mol•L^-1時，此時Fe³⁺的濃度滿足：c（Fe³⁺）＜$\frac{{K}_{sp}[Fe（OH）_{3}]}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=$\frac{4×1{0}^{-38}}{（{1×1{0}^{-7}）}^{3}}$mol/L=4×10^-17mol•L^-1，
故答案為：7；4×10^-17．

點評 本題考查了電解原理的應用、難溶物溶度積的計算，題目難度中等，明確電解原理、難溶物溶度積的概念為解答關鍵，試題充分培養了學生的分析能力及化學計算能力．