Question

2．某工業廢水中含有一定量的Cr₂O₇^2-，含+6價鉻的污水污染環境，常用的處理方法有兩種．
方法一：還原沉淀法
在一定條件下把Cr₂O₇^2-還原成Cr³⁺，再調節溶液的pH值，使Cr³⁺轉化成無毒的Cr（OH）₃沉淀除去．已知常溫下，K_sp[Cr（OH）₃]=6.3×10^-31．
（1）在酸性條件下，可選用FeSO₄來還原，則還原1molCr₂O₇^2-離子，需要6mol的FeSO₄•7H₂O．
（2）也可以選用Na₂S₂O₃溶液作還原劑，每消耗0.1molNa₂S₂O₃轉移0.8mole^-，寫出在酸性條件下發生反應的離子方程式：3S₂O₃^2-+4Cr₂O₇^2-+26H⁺═6SO₄^2-+8Cr³⁺+13H₂O．
（3）調節溶液的pH=5時，通過列式計算說明溶液中的Cr³⁺是否沉淀完全：c（Cr³⁺）•（10^-9）³=6.3×10^-31，解之得c（Cr³⁺）=6.3×10^-4＞10^-5（離子濃度小于1×10^-5mol•L^-1時，即可認為該離子沉淀完全）．
方法二：該方法用Fe作電極點解Cr₂O₇^2-的酸性廢水，隨著電解進行，在陰極附近溶液的pH升高，產生Cr（OH）₃沉淀除去．
（4）寫出陽極區的總反應方程式：Fe-2e^-=Fe²⁺．
（5）在陰極附近，溶液pH升高的原因是（用電極反應解釋）2H⁺+2e^-=H₂ ↑，溶液中同時生成的沉淀還有Fe（OH）₃．
（6）維持電流強度為0.5A，電池工作5分鐘，理論上除去Na₂Cr₂O₇0.0003mol（已知F=96500C•mol^-1）

Answer 1

分析 （1）該反應中Fe元素化合價由+2價變為+3價、Cr元素化合價由+6價變為+3價，根據轉移電子守恒計算消耗綠礬物質的量；
（2）每消耗0.1mol Na₂S₂O₃轉移0.8mol e^-，根據電子轉移守恒，可知S₂O₃^2-被氧化生成SO₄^2-，而Cr₂O₇^2-離子被還原為Cr³⁺離子，配平書寫離子方程式；
（3）根據Ksp[Cr（OH）₃]=c（Cr³⁺）•（OH^-）³，來計算鉻離子的濃度是否小于10^-5mol/L；
（4）Fe作電極電解Cr₂O₇^2-的酸性廢水，隨著電解進行，在陰極附近溶液的pH升高，產生Cr（OH）₃沉淀除去，則應該用Fe作陽極；
（5）溶液中氫離子在陰極放電生成氫氣，導致陰極附近氫離子濃度降低；亞鐵離子被氧化生成Fe³⁺，Fe³⁺和OH^-反應生成Fe（OH）₃沉淀；
（6）持電流強度為0.5A，電池工作五分鐘，則電量為0.5A×300s=150C，轉移電子的物質的量=$\frac{150C}{96500C/mol}$，Cr元素化合價由+6價變為+3價，據此計算．

解答 解：（1）該反應中Fe元素化合價由+2價變為+3價、Cr元素化合價由+6價變為+3價，根據轉移電子守恒計算消耗n（FeSO₄•7H₂O）=$\frac{1mol×2×（6-3）}{3-2}$=6mol，故答案為：6；
（2）每消耗0.1mol Na₂S₂O₃轉移0.8mol e^-，根據電子轉移守恒，可知S₂O₃^2-被氧化生成SO₄^2-，而Cr₂O₇^2-離子被還原為Cr³⁺離子，配平可得離子方程式為：3S₂O₃^2-+4Cr₂O₇^2-+26H⁺═6SO₄^2-+8Cr³⁺+13H₂O；
故答案為：3S₂O₃^2-+4Cr₂O₇^2-+26H⁺═6SO₄^2-+8Cr³⁺+13H₂O；
（3）pH=5時，（OH^-）=10^-9mol/L，所以c（Cr³⁺）•（10^-9）³=6.3×10^-31，解之得c（Cr³⁺）=6.3×10^-4＞10^-5，所以沒有沉淀完全，故答案為：c（Cr³⁺）•（10^-9）³=6.3×10^-31，解之得c（Cr³⁺）=6.3×10^-4＞10^-5；
（4）Fe作電極電解Cr₂O₇^2-的酸性廢水，隨著電解進行，在陰極附近溶液的pH升高，產生Cr（OH）₃沉淀除去，則應該用Fe作陽極，陽極上Fe失電子生成亞鐵離子，電極反應式為Fe-2e^-=Fe²⁺，
故答案為：Fe-2e^-=Fe²⁺；
（5）溶液中氫離子在陰極放電生成氫氣，導致陰極附近氫離子濃度降低，溶液的pH升高，電極反應式為2H⁺+2e^-=H₂ ↑；亞鐵離子被氧化生成Fe³⁺，Fe³⁺和OH^-反應生成Fe（OH）₃沉淀，
故答案為：2H⁺+2e^-=H₂ ↑；Fe（OH）₃；
（6）持電流強度為0.5A，電池工作五分鐘，則電量為0.5A×300s=150C，轉移電子的物質的量=$\frac{150C}{96500C/mol}$，Cr元素化合價由+6價變為+3價，則理論上除去n（Na₂Cr₂O₇）=$\frac{\frac{150C}{96500C/mol}}{2×3}$-0.0003mol，
故答案為：0.0003．

點評 本題考查氧化還原反應計算、電解原理、物質分離和提純等知識點，為高頻考點，側重考查學生分析計算能力，明確氧化還原反應中轉移電子守恒是解本題關鍵，題目難度不大．