Question

铬及其化合物在现代工业上的应用广泛，可用于电镀，鞣制羊毛，皮革；铬还用于照相材料，胶版印刷及化工触媒剂等。但化工废料铬渣对人体健康有很大危害。
Ⅰ：某工厂对制革工业污泥中Cr（III）回收与再利用工艺如下（硫酸浸取液中金属离子主要是Cr³⁺，其次是Fe^3＋、Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺）：

部分阳离子常温下以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：

阳离子	Fe3+	Fe2+	Mg2+	Al3+	Cu2+	Cr3+
开始沉淀时的pH	1.9	7.0	——	——	4.7	——
沉淀完全时的pH	3.2	9.0	11.1	8	6.7	9 （＞9溶解）

 
（1）实验室用18.4 mol·L^－1的浓硫酸配制250 mL 4.8 mol·L^－1的硫酸溶液，所用的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒和吸量管（一种能精确量取一定体积液体的仪器）外，还需                     。
（2）酸浸时，为了提高浸取率可采取的措施是                 （至少答一点）。
（3）调节溶液的pH=8是为了除去             离子。钠离子交换树脂的原理为：
M^n＋＋nNaR→MR_n＋nNa^＋，被交换的的杂质离子是             。
（4）Cr(OH)₃在溶液中存在以下沉淀溶解平衡：Cr(OH)₃(s) Cr³⁺(aq)+3OH^－(aq)
常温下，Cr(OH)的溶度积K_sp= c(Cr³⁺)? c³(OH^－)=10^－32，要使c(Cr³⁺)降至10^－5mol/L，溶液的pH应调至         。
（5）还原过程发生以下反应（请配平）：    Na₂Cr₂O₇＋     SO₂＋         
=     Cr(OH) (H₂O)₅SO₄＋    Na₂SO₄；
Ⅱ：工业废水中常含有一定量的Cr₂O₇^2－和CrO₄^2－，它们会对人类及生态系统产生很大损害，必须进行处理。
其中一种处理方法为电解法：该法用Fe做电极，电解含Cr₂O₇^2－的酸性废水，随着电解进行，阴极附近溶液pH升高，产生Cr(OH)₃沉淀。用Fe做电极的原因为
                                                                         
在阴极附近溶液pH升高的原因是（用电极反应解释）                         。

Answer 1

Ⅰ：（1）250ml容量瓶、胶头滴管
（2）①升高反应温度，②搅拌，③过滤后再向滤渣中加入硫酸（多次浸取），④适当延长浸取时间
（3）Fe³⁺和Al³⁺；    Ca²⁺、Mg²⁺
（4）5
（5）1,3,11H₂O，2,1
Ⅱ：阳原反应为Fe-2e^-=Fe²⁺，提供还原剂Fe²⁺，2H⁺+2e^-=H₂↑

试题分析：（1）浓硫酸稀释、冷却至室温所得溶液需要转移入250mL容量瓶，定容时需要胶头滴管；（2）搅拌、振荡、升温、延长浸取时间、多次浸取等条件都可以提高浸取率；（3）酸浸、过滤步骤可以除去大部分的Ca²⁺，因为Ca²⁺+SO₄^2—=CaSO₄↓；氧化步骤可以除去Fe²⁺，因为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；而pH=8的目的是除去Fe^3＋、Al³⁺，因为表中Fe^3＋、Al³⁺完全沉淀的pH分别是3.2、8；根据钠离子交换树脂的原理，Ca^2＋＋2NaR→CaR₂＋2Na^＋，Mg^2＋＋2NaR→MgR₂＋2Na^＋，则被交换的杂质离子是Ca²⁺、Mg²⁺；（4）若c(Cr³⁺)=10^—5mol/L，则K_sp=10^—5×c³(OH^—)=10^—32，c(OH^—)=10^—9 mol/L；K_w=10^—14，c(H⁺)= K_w/c(OH^—)=10^—5 mol/L，则pH=—lg10^—5=5；（5）铬元素由+6价降为+3价，硫元素由+4价升为+6价，先根据最小公倍数法配平氧化剂、还原剂、还原产物和氧化产物的系数，然后再用观察法或原子个数守恒确定另一种反应物及其系数，即1Na₂Cr₂O₇＋3SO₂＋11H₂O=2Cr(OH) (H₂O)₅SO₄＋1Na₂SO₄；铁作阳极，本身发生氧化反应：Fe—2e^—=Fe²⁺，被腐蚀并产生具有还原性的亚铁离子；Fe²⁺能将Cr₂O₇^2－还原，即6Fe²⁺+1Cr₂O₇^2－+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O；H⁺移向阴极，并在阴极上发生还原反应：2H⁺+2e^—=H₂↑，因此阴极附近溶液酸性减弱，pH升高。