Question

【题目】含+6价铬的废水毒性强，对环境污染严重。化工厂常用SO2处理含铬废水，其工艺流程如下图所示：

已知：Cr2O72- + H2O 2CrO42- + 2H+

（1）将吸收塔中1mol Cr2O72-与SO2反应的热化学方程式补全。

Cr2O72-(aq) + __SO2(g) + ___ ___ + ___ +___ ΔH = -1145 kJ/mol

（2）其他条件不变，研究吸收塔中pH对反应的影响。

pH	2	4	6
Cr（+6） 最大去除率	99.99% 达排放标准	99.95% 达排放标准	99.5% 未达排放标准
时间	30 min	35 min	45 min

①由上述数据获得的结论有________。

②实际工业生产控制pH = 4左右的原因是________。

③下列说法不合理的是________。

a.该酸性含铬废水中一定含有CrO42-，pH越大其含量越高

b.其他条件不变，增大压强，吸收塔中反应的K增大，有利于除去Cr（+6）

c.理论上看，SO32-、Fe2+等也可以用于除去Cr（+6）

（3）其他条件不变，研究温度对Cr（+6）去除率的影响（如图1所示）。

30min前相同时间内，80℃的Cr（+6）去除率比40℃高，30min后80℃的Cr（+6）去除率低，原因分别是_______；_______。

（4）图2为Cr（+3）微粒物质的量分数随溶液pH的变化关系示意图，中和池中应控制pH范围为_________。

（5）废水中Cr（+6）总浓度为a×10-3 mol/L，处理1000 L废水，去除率要求达到99.95%，理论上需要SO2物质的量为_________mol（写计算式）。

Answer 1

【答案】3 2H+（aq） 2Cr3+（aq） 3SO42-（aq） H2O（l） pH越大，Cr（+6）的去除率降低，反应速率越慢 与pH=2相比，pH=4时，Cr（+6）的去除率已达排放标准，控制pH=4左右可减少中和池中NaOH的用量，节约成本 b 30min前，Cr（+6）去除率主要由反应速率决定，温度高反应速率快，因此80℃的去除率更高 30min后，Cr（+6）去除率主要有反应限度决定，Cr2O72-与SO2的反应放热，温度越高，K越小，因此80℃的去除率比40℃低。 8～9.5左右 1.5a×99.95%

【解析】

Cr（+6）在酸性环境下主要以Cr2O72-形式存在，将具有强还原性的二氧化硫气体通入吸收塔与Cr（+6）发生氧化还原反应，将Cr（+6）降价生成Cr3+，中和池中加入NaOH使其生成氢氧化物沉淀除去。

（1）氧化还原反应离子方程式配平，利用得失电子数相等和原子守恒配平；热化学方程式书写注意注明状态；

（2）①根据表格可以得出随pH的增大Cr（+6）去除率的变化和去除所需时间。

②从速率、去除率、消耗原料几个角度综合分析；

③a.根据勒夏特例原理分析；b.k的变化只与温度有关；c.氧化还原角度分析；

（3）从速率和平衡两个角度分析；

（4）找出Cr（OH）3物质的量分数最大的pH范围即可；

（5）利用得失电子数相等进行计算。

（1）三步法配平：①根据化合价升降相等，配平化合价发生变化的元素②根据左右两边电荷守恒配平，酸性添加氢离子，碱性氢氧根离子 ③根据原子守恒配平添加水；热化学方程式书写注意注明状态，Cr2O72-(aq) + 3SO2(g) + 2H+（aq） 2Cr3+（aq） +3SO42-（aq）+H2O（l） ΔH = -1145 kJ/mol；

答案：3 2H+（aq） 2Cr3+（aq） 3SO42-（aq） H2O（l）

（2）①根据表格可以得出结论，随着pH的升高，Cr（+6）的去除率降低，反应速率变慢；

答案：pH越大，Cr（+6）的去除率降低，反应速率越慢

②实际工业生产应该从节省原料，条件易控角度分析，控制pH = 4左右的原因是Cr（+6）的去除率已达排放标准，控制pH=4左右可减少中和池中NaOH的用量，节约成本；

答案：Cr（+6）的去除率已达排放标准，控制pH=4左右可减少中和池中NaOH的用量，节约成本

③a.根据题干信息Cr2O72- + H2O 2CrO42- + 2H+，该酸性含铬废水中一定含有CrO42-，pH增大相当于减小氢离子浓度，平衡正向移动，CrO42-含量越高，故不选a；

b.K的变化只与温度有关，压强无影响，故选b；

c.SO32-、Fe2+等也具有强还原性，可以与Cr（+6）发生氧化还原反应，用于除去Cr（+6），故不选c；

答案：b

（3）仔细观察图像可以发现前30min，80℃单位时间内去除率越高，反应速率越快；30min后去除率后面几乎不发生变化，说明达到了平衡，40℃时去除率要高，从平衡角度分析。

答案：30min前，Cr（+6）去除率主要由反应速率决定，温度高反应速率快，因此80℃的去除率更高；30min后，Cr（+6）去除率主要有反应限度决定，Cr2O72-与SO2的反应放热，温度越高，K越小，因此80℃的去除率比40℃低。

（4）Cr（+3）是以氢氧化铬沉淀形式除掉，所以根据图像选择氢氧化铬物质的量分数最大的pH范围；

答案：8～9.5左右

（5）利用氧化还原反应得失电子数相等列关系式可知

2Cr（+6） ～ 3SO2

2mol 3mol

a×10-3 mol/L×1000L×99.95% n（SO2）

计算得 n（SO2）=3mol×a×10-3 mol/L×1000L×99.95%/(2mol ) = 1.5a×99.95%mol；

答案：1.5a×99.95%