Question

．（16分）欲降低废水中重金属元素铬的毒性，可将Cr₂O₇^2-转化为Cr(OH)₃沉淀除去。三种金属离子生成沉淀的pH如表。

	开始沉淀的pH	完全沉淀的pH
Fe(OH)2	7.0	9.0
Fe(OH)3	1.9	3.2
Cr(OH)3	6.0	8.0

 
（1）某含铬废水处理的主要流程如下图所示：

①初沉池中加入明矾作沉降剂，其作用的原理是（用离子方程式表示）           。
②请补充并配平以下反应池中发生主要反应的离子方程式：
  Cr₂O₇^2-+  HSO₃^-+    ==   Cr³⁺+   SO₄^2-+    H₂O。
③根据“沉淀法”和“中和法”的原理，向沉淀池中加入NaOH溶液，此过程中发生主要反应的离子方程式是：H⁺+OH^-=H₂O和                        。证明Cr³⁺沉淀完全的方法是                           。
（2）工业可用电解法来处理含Cr₂O₇^2-废水。实验室利用如图模拟处理含Cr₂O₇^2-的废水，阳极反应是Fe-2e^-=Fe²⁺，阴极反应式是2H⁺+2e^-=H₂↑。

①Fe²⁺与酸性溶液中的Cr₂O₇^2-反应的离子方程式是                             ，
②上述反应得到的金属阳离子在阴极区可沉淀完全，从其对水的电离平衡角度解释其原因            
                   。
③若溶液中含有0.01mol Cr₂O₇^2-，则阳离子全部生成沉淀的物质的量是_______mol。

Answer 1

32．（16分）
（1）（8分）①Al³⁺+3H₂OAl(OH)₃+3H⁺（2分，化学式、系数各1分）
② 1 Cr₂O₇^2-+ 3 HSO₃^-+ 5H⁺ = 2 Cr³⁺+ 3 SO₄^2-+ 4 H₂O（2分。写出H⁺1分，系数全部正确1分）
③Cr³⁺+ 3OH^-=Cr(OH)₃↓（2分，化学式、系数各1分） 取沉淀后的上层清液测定其pH（1分），若pH≥8，则沉淀完全（1分）
（2）（8分）①Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O（3分，化学式2分，系数1分）  ②水中的H⁺在阴极区放电（1分），H⁺浓度减小促使水的电离平衡向右移动（1分），OH^-浓度增大与金属阳离子在阴极区结合而沉淀完全（1分）  ③0.08（2分。说明：含铬和铁两种氢氧化物沉淀）

试题分析： （1）①明矾是含有12个结晶水的KAl(SO4)2,该物质可做净水剂，此处加入该物质主要是利用其中的铝离子水解使溶液呈酸性，同时生成的氢氧化铝吸附杂质沉淀起到沉降杂质净化溶液的目的，所以此处考查的是铝离子的水解反应方程式，Al³⁺+3H₂OAl(OH)₃+3H⁺ 。
②此氧化还原反应中Cr₂O₇^2- 中铬的化合价+6→+3，HSO₃^- 中的S的化合价+4→+6，所以根据电子守恒配平发生化合价变化的的物质的，然后根据方程式前面少O的原则，前面所缺项应为H+，所以再根据电荷守恒配平方程式得1 Cr₂O₇^2-+ 3 HSO₃^-+ 5H⁺ = 2 Cr³⁺+ 3 SO₄^2-+ 4 H₂O。
③题中流程可以看出，向沉淀池中加入氢氧化钠是为了沉淀得到Cr(OH)₃ ，因此题干中所谓的沉淀法和中和法，主要是加入氢氧化钠能够首先中和溶液中的H+，其次能与溶液中的Cr3+结合生成Cr(OH)₃ 沉淀，因此此处发生的反应离子方程式除了H⁺+OH^-=H₂O外，还有Cr³⁺+ 3OH^-=Cr(OH)₃↓。若要证明Cr³⁺沉淀完全，则可以根据表中给的数据，Cr³⁺沉淀完全时的pH值等于8.0，若Cr³⁺沉淀完全，则用pH计可以测得溶液的pH值为8.0。
（2）①Fe²⁺ 具有还原性，酸性溶液中的Cr₂O₇^2- 强氧化性，二者容易发生氧化还原反应，因为此处是在处理酸性溶液中的Cr₂O₇^2- ，因此此出也是利用上题的沉淀法把Cr₂O₇^2-还原+3,价，然后沉淀除去，所以此反应的方程式为Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O。
②该电解反应的阳极铁电极主要发生氧化反应溶解产生亚铁离子还原Cr₂O₇^2- ，而阴极则主要是溶液中水电离的H+得到电子被还原，所以由于溶液中水电离的H+反应了，H⁺浓度减小水的电离平衡右移，OH-浓度增大，与金属阳离子Cr³⁺、Fe³⁺结合生成沉淀。
③根据①中反应的离子方程式可知，生成的金属阳离子比例关系是2Cr³⁺~6Fe³⁺ ，因此若含有0.01mol Cr₂O₇^2-，则会生成Cr³⁺ 0.02mol，Fe³⁺ 有0.06mol，因此总共会生成0.08mol的沉淀。