Question

12．網傳云南曲靖市越州鎮約5000余噸的重毒化工廢料鉻渣被非法丟放，毒水被直接排放到南盤江中．
I．某工廠對制革工業污泥中Cr（Ⅲ）回收與再利用工藝如下（硫酸浸取液中金屬離子主要是C1³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺）：

部分陽離子常溫下以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH見下表：

陽離子	Fe3+	Fe2+	Mg2+	Al3+	Cu2+	Cr3+
開始沉淀時的pH	1.9	7.0	─	─	4.7	─
沉淀完全時的pH	3.2	9.0	11.1	8	6.7	9（＞9溶解）

（1）實驗室用18.4mol/L濃硫酸配制250mL 4.8mol/L硫酸溶液，所用的玻璃儀器除燒杯、玻璃棒和吸量管（一種能精確量取一定體積液體的儀器）外，還需250mL容量瓶、膠頭滴管．
（2）加入H₂0₂的作用是氧化+3價Cr使之轉變成+6價Cr（或Cr₂O₇^2-），以便于與雜質離子分離．調節溶液的pH=8 是為了除去Fe³⁺和Al³⁺離子．
（3）還原過程發生以下反應，請配平：
1Na₂Cr₂O₇+3S0₂+11H₂O═2Cr（OH）（H₂0）₅S0₄+1Na₂S0₄
（4）鈉離子交換樹脂的原理為Mⁿ⁺+nNaR═MR_n+nNa⁺，被交換的雜質離子是Ca²⁺、Mg²⁺．
Ⅱ．工業廢水中常含有一定量的Cr₂O₇^2-和Cr0₄^2-，它們會對人類及生態系統產生很大損害，必須進行處理．其中一種處理方法為電解法：該法用Fe做電極，電解含Cr₂O₇^2-的酸性廢水，隨著電解進行，陰極附近溶液pH升高，產生Cr（OH）₃沉淀．陽極的電極反應式為Fe-2e^-=Fe²⁺．在陰極附近溶液pH升高的原因是2H⁺+2e^-=H₂ ↑（用電極反應方程式解釋）．產生的陽極產物在處理廢水中鉻元素時所起的作用是做還原劑，將+6價的Cr還原為+3價的Cr．

Answer 1

分析 Ⅰ（1）配置一定物質的量濃度的溶液所需的玻璃儀器有：燒杯、玻璃棒、吸量管、容量瓶和膠頭滴管；
（2）根據雙氧水的性質分析，雙氧水有強氧化性，能氧化還原性的物質；
硫酸浸取液中的金屬離子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺和Mg²⁺，加入NaOH溶液使溶液呈堿性，Fe³⁺、Al³⁺轉化為沉淀除去；
（3）依據流程圖中的轉化關系和產物，結合二氧化硫的還原性，利用氧化還原反應原理分析書寫；
（4）鈉離子交換樹脂交換的離子是鈣離子和鎂離子；
Ⅱ用Fe做電極進行電解，陽極發生Fe-2e^-=Fe²⁺，生成的亞鐵離子與Cr₂O₇^2-發生氧化還原反應被還原為Cr³⁺然后生成Cr（OH）₃沉淀除去．

解答 解：Ⅰ：（1）配置一定物質的量濃度的溶液所需的玻璃儀器有：燒杯、玻璃棒、吸量管、容量瓶和膠頭滴管；
故答案為：250mL容量瓶、膠頭滴管；
（2）雙氧水有強氧化性，能氧化還原性的物質，Fe²⁺和Cr³⁺有還原性，Fe²⁺和Cr³⁺能被雙氧水氧化為高價離子，以便于與雜質離子分離；
硫酸浸取液中的金屬離子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺和Mg²⁺，加入NaOH溶液使溶液呈堿性，溶液PH=8，Fe³⁺、Al³⁺轉化為沉淀除去；
故答案為：氧化+3價Cr使之轉變成+6價Cr（或Cr₂O₇^2-），以便于與雜質離子分離；Fe³⁺和Al³⁺；
（3）二氧化硫具有還原性，被濾液Ⅱ中通過離子交換后的溶液中Na₂CrO₄氧化為硫酸，Na₂CrO₄氧被還原為CrOH（H₂O）₅SO₄，水溶液中生成硫酸反應生成硫酸鈉，依據原子守恒分析書寫配平，2Na₂CrO₄+3SO₂+12H₂O=2CrOH（H₂O）₅SO₄↓+Na₂SO₄，
故答案為：1，3，11H₂O，2，1；
（4）鈉離子交換樹脂交換的離子是鈣離子和鎂離子．
故答案為：Ca²⁺、Mg²⁺；
Ⅱ：Fe為陽極，則陽極反應為Fe-2e^-=Fe²⁺，溶液中氫離子在陰極放電生成氫氣，則陰極反應為2H⁺+2e^-=H₂ ↑，產生的陽極產物在處理廢水中的鉻元素中所起的作用，生成的亞鐵離子與Cr₂O₇^2-發生氧化還原反應被還原為Cr³⁺，是作還原劑將+6價的Cr還原為+3價的Cr．
故答案為：Fe-2e^-=Fe²⁺；2H⁺+2e^-=H₂ ↑；做還原劑，將+6價的Cr還原為+3價的Cr．

點評 本題考查溶液配制、化學方程式的配平、物質的分離、電解原理及氧化還原反應，難度較大，注意會運用溶液的pH值對溶液中的離子進行分離，熟悉發生的電極反應及氧化還原反應即可解答．