Question

6．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見下表．

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加入的試劑是A（填序號）．
A．Na₂O₂  B．HNO₃  C．FeCl₃  D．KMnO₄
（2）加入NaOH溶液調整溶液pH=8時，除去的離子是AB；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．
A．Fe³⁺  B．Al³⁺  C．Ca²⁺  D．Mg²⁺
（3）還原過程中，每消耗0.8mol Cr₂O₇^2-轉移4.8mol e^-，該反應離子方程式為3S₂O₃^2-+4Cr₂O₇^2-+26H⁺═6SO₄^2-+8Cr³⁺+13H₂O．
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溶液．
（1）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．
（2）電解時陽極附近溶液中Cr₂O₇^2-轉化為Cr³⁺的離子方程式為Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O．
（3）常溫下，Cr（OH）₃的溶度積K_sp=1×10^-32，溶液的pH應為5時才能使c（Cr³⁺）降至10^-5 mol•L^-1．

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⁺；
（3）每消耗0.8mol Cr₂O₇^2-轉移4.8mol e^-，則1molCr₂O₇^2-轉移6mol電子，所以生成Cr³⁺，S₂O₃^2-被氧化為SO₄^2-+，結合得失電子守恒和原子守恒寫出離子方程式；
II．（1）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；
（2）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；
（3）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；
（3）每消耗0.8mol Cr₂O₇^2-轉移4.8mol e^-，則1molCr₂O₇^2-轉移6mol電子，所以生成Cr³⁺，S₂O₃^2-被氧化為SO₄^2-+，則反應的離子方程式為：3S₂O₃^2-+4Cr₂O₇^2-+26H⁺═6SO₄^2-+8Cr³⁺+13H₂O；
故答案為：3S₂O₃^2-+4Cr₂O₇^2-+26H⁺═6SO₄^2-+8Cr³⁺+13H₂O；
II．（1）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；
（2）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；
（3）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．