Question

【题目】含铬（Ⅵ）废水能诱发致癌，对人类和自然环境有严重的破坏作用。利用Cu2O光催化可以处理含有Cr2O72－的废水。

Ⅰ．制取Cu2O

（1）电解法：利用铜和钛做电极，电解含有NaCl和NaOH的溶液时，反应只消耗了铜和水，体系pH及Cl－浓度维持不变（溶液体积变化忽略不计）。阳极电极反应式是_______。

（2）还原法：控制100℃、pH=5的条件时，利用亚硫酸钠与硫酸铜溶液反应可以制得Cu2O，同时产生SO2气体。反应过程中需要不断地加入烧碱，其原因是_______。

Ⅱ．利用Cu2O光催化处理含Cr2O72－的废水的研究。

（1）光照射到Cu2O光催化剂上产生光催化反应，Cr2O72－和H2O分别在光催化反应中形成的微电极上发生电极反应，反应原理如图所示。写出Cr2O72－转化Cr3+的电极反应：_______。

（2）研究中对Cu2O的作用提出两种假设：

a．Cu2O作光催化剂；b．Cu2O与Cr2O72－发生氧化还原反应。

已知：Cu2O的添加量是2×10-4mol/L，Cr2O72－的初始浓度是1×10-3mol/L；对比实验（pH=3.0且其他条件相同），反应1.5小时结果如图所示。结合试剂用量数据和实验结果可得到的结论是_______，依据是_______。

（3）溶液的pH对Cr2O72－降解率的影响如图所示。

已知：Cu2OCu+CuSO4；酸性越大，Cr2O72－被还原率越大。

①pH分别为2、3、4时，Cr2O72－的降解率最好的是___________，其原因是___________。

②已知pH=5时，会产生Cr(OH)3沉淀。pH=5时，Cr2O72－的降解率低的原因是___________。

Answer 1

【答案】2Cu-2e－+2OH－=Cu2O+H2O 2Cu2++SO32-+2H2O=Cu2O+4H++SO42-，反应过程中溶液的酸性不断地增强，为控制pH=5的反应条件，所以需要加入烧碱 Cr2O72—+14H++6e－=2Cr3++7H2O Cu2O作光催化剂 若发生氧化还原反应，则存在比例：3Cu2O—Cr2O72-，计算得：1×10-3×3×70%=2.1×10-3＞2×10-4mol/L；实验可以看到只有氧化亚铜和只有光照时，Cr2O72-的转化率很低，说明反应条件是光照条件下和Cu2O同时存在 3 pH<2.5时Cu2O会歧化（转化）为Cu和Cu2+，所以不选pH=2；酸性越大，Cr2O72-被还原率越大，pH=3酸性强于pH=4的溶液，所以选择pH=3 pH=5时，会产生Cr(OH)3沉淀，沉淀覆盖在催化剂Cu2O表面，影响反应继续进行

【解析】

Ⅰ．（1）反应只消耗了铜和水，说明铜在阳极放电，阳极电极反应式是2Cu-2e－+2OH－=Cu2O+H2O。故答案为：2Cu-2e－+2OH－=Cu2O+H2O；

（2）利用亚硫酸钠与硫酸铜溶液反应可以制得Cu2O，同时产生SO2气体。反应过程中需要不断地加入烧碱，其原因是：2Cu2++SO32-+2H2O=Cu2O+4H++SO42-，反应过程中溶液的酸性不断地增强，为控制pH=5的反应条件，所以需要加入烧碱。故答案为：2Cu2++SO32-+2H2O=Cu2O+4H++SO42-，反应过程中溶液的酸性不断地增强，为控制pH=5的反应条件，所以需要加入烧碱；

Ⅱ．（1）负极是水中-2价的氧失电子，而正极Cr2O72－转化Cr3＋，电极反应为：Cr2O72－+14H＋+6e－=2Cr3＋+7H2O；故答案为：Cr2O72－+14H＋+6e－=2Cr3＋+7H2O；

（2）若发生氧化还原反应，则存在比例：3Cu2O-Cr2O72－，计算9.60×10-4×3×69.5%=2.00×10-3＞1.74×10-4mol·L－1；实验可以看到只有氧化亚铜和只有光照时，Cr2O72－的转化率很低，说明反应条件是光照条件下和Cu2O同时存在，故答案为：Cu2O作光催化剂；3Cu2O-Cr2O72－，计算9.60×10-4×3×69.5%=2.00×10-3＞1.74×10-4mol·L－1；实验可以看到只有氧化亚铜和只有光照时，Cr2O72－的转化率很低，说明反应条件是光照条件下和Cu2O同时存在；

（3）①由图可知：pH＜2.5时Cu2O会歧化（转化）为Cu 和Cu2＋，故答案为：pH=3；pH＜2.5时Cu2O会歧化（转化）为Cu 和Cu2＋，所以不选pH=2；酸性越大，Cr2O72－被还原率越大，pH=3酸性强于pH=4的溶液，所以选择pH=3；

②pH=5时，会产生Cr（OH）3沉淀覆盖在催化剂Cu2O表面，故答案为：pH=5时，会产生Cr（OH）3沉淀，沉淀覆盖在催化剂Cu2O表面，影响反应继续进行。