Question

某课外活动小组欲降低废水中重金属元素铬的含量，查阅资料知，可将Cr2

O

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转化为Cr（OH）₃沉淀除去．
已知：

	氢氧化物开始沉淀时的pH	氢氧化物开始沉淀完全时的pH
Fe2+	7.0	9.0
Fe3+	1.9	3.2
Cr3+	6.0	8.0

（1）将含铬废水进行如下处理：
①在废水中加入的混凝剂是一种复盐，将其配成溶液后加入过量的NaOH溶液，产生先有白色沉淀生成，后沉淀溶解的现象．用离子方程式表示该盐产生上述现象的反应原理：

Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓、Al（OH）₃+OH^-═2H₂O+AlO₂^-

．
②将废水中的Cr2

O

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转化成Cr³⁺．配平该离子方程式：

1

Cr2

O

2- 7

+

3

HSO₃^-+

5

H⁺=

2

Cr³⁺+

3

SO₄^2-+

4

H₂O

③向转化后的废水中加入NaOH溶液，此过程中发生的主要反应的离子方程式是

Cr³⁺+3OH^-═Cr（OH）₃↓

、

H⁺+OH^-═H₂O

．证明Cr³⁺沉淀完全的方法是

测定溶液的pH，若pH≥8，则证明Cr³⁺沉淀完全

．
（2）工业上可用电解法来处理含Cr2

O

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的废水．实验室利用如图所示的装置模拟处理含Cr2

O

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的废水．

①阳极反应式是

Fe-2e^-═Fe²⁺

，阴极反应式是

2H⁺+2e^-═H₂↑

．
②Fe²⁺与酸性溶液中的Cr2

O

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反应的离子方程式是

Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O

，得到的金属阳离子在阴极区可沉淀完全，从水的电离平衡角度解释其原因是

阴极反应消耗了水中的H⁺，打破了水的电离平衡，促进了水的电离，使溶液中OH^-浓度增大，溶液的碱性增强

．用电解法处理该溶液中的0.01molCr2

O

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时，至少得到沉淀的质量是

8.48

g．

Answer 1

分析：（1）①根据反应现象推断该复盐中含有铝离子，写出氢氧根离子与铝离子反应的离子方程式；
②根据化合价升降相等及电荷守恒、质量守恒，配平该反应的化学方程式；
③反应池中发生主要反应的离子方程式是Cr₂O₇^2-+3HSO₃^-+5H⁺═2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂O，反应后溶液中有H⁺、Cr³⁺，加NaOH溶液，NaOH会和H⁺、Cr³⁺发生反应；根据表中数据分析铬离子沉淀完全时，溶液的pH≥8；
（2）①根据电极材料和电解原理分析电解池中阳极和阴极发生的反应，写出反应的电极方程式；
②根据亚铁离子与Cr₂O₇^2-发生氧化还原反应写出反应的离子方程式；根据电解过程中阴极反应分析金属阳离子在阴极区可沉淀完全原因；根据反应方程式Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，Cr³⁺+3OH^-═Cr（OH）₃↓、Fe³⁺+3OH^-═Fe（OH）₃↓，计算出生成沉淀的物质的量及质量．

解答：解：（1）加入过量的NaOH溶液，产生先有白色沉淀生成，后沉淀溶解的现象，说明该复盐中含有Al³⁺，反应的离子方程式为：Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓、Al（OH）₃+OH^-═2H₂O+AlO₂^-，
故答案为：Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓、Al（OH）₃+OH^-═2H₂O+AlO₂^-；
②反应中，Cr₂O₇^2-中铬元素化合价变化为：+6→+3，化合价降低了3价，Cr₂O₇^2-中含有两个铬原子，至少降低6价；
HSO₃^-中硫元素化合价变化为：+4→+6，化合价升高了（6-4）=2价，化合价变化的最小公倍数为6，所以Cr₂O₇^2-的化学计量数为1，亚硫酸氢根离子计量数为3，铬离子计量数为2，硫酸根离子计量数为3，再根据电荷守恒，氢离子计量数为5，最后根据质量守恒判断，未知物为水，计量数为4，配平后的方程式为：Cr₂O₇^2-+3HSO₃^-+5H⁺═2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂O，
故答案为：1；3；5；2；3；4；H₂O；
③向转化后的废水中加入NaOH溶液，NaOH会和H⁺发生反应H⁺+OH^-═H₂O，Cr³⁺与NaOH发生反应Cr³⁺+3OH^-═Cr（OH）₃↓，根据表中数据可知，Cr（OH）₃沉淀完全时，溶液的pH为8，所以测定溶液的pH，若pH≥8，则证明Cr³⁺沉淀完全，
故答案为：Cr³⁺+3OH^-═Cr（OH）₃↓、H⁺+OH^-═H₂O；测定溶液的pH，若pH≥8，则证明Cr³⁺沉淀完全；
（2）①此电解池中阳极铁溶解，阳极电极反应式为：Fe-2e^-═Fe²⁺；阴极氢离子得到电子，电极反应式为：2H⁺+2e^-═H₂↑，
故答案为：Fe-2e^-═Fe²⁺；
②亚铁离子与Cr₂O₇^2-发生氧化还原反应，Cr₂O₇^2-被还原为Cr³⁺，然后Cr³⁺生成Cr（OH）₃沉淀，重铬酸根具有强氧化性，能将生成的亚铁离子氧化为三价，反应的离子方程式为：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O；随着电解进行，溶液中c（H⁺） 逐渐减少，打破了水的电离平衡，促进了水的电离，使溶液中OH^-浓度增大，溶液的碱性增强，生成Fe（OH）₃和Cr（OH）₃沉淀，金属阳离子在阴极区可沉淀完全；根据反应：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，Cr³⁺+3OH^-═Cr（OH）₃↓、Fe³⁺+3OH^-═Fe（OH）₃↓可知0.01mol Cr₂O₇^2-，可生成0.02molCr（OH）₃，0.06molFe（OH）₃，至少得到沉淀的质量为：0.02mol×103g/mol+0.06mol×107g/mol=8.48g，
故答案为：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；阴极反应消耗了水中的H⁺，打破了水的电离平衡，促进了水的电离，使溶液中OH^-浓度增大，溶液的碱性增强；8.48．

点评：本题考查了探究物质的组成、电解原理等知识，题目难度较大，试题综合性较强，涉及了电解原理、氧化还原反应配平、化学方程式的计算等问题，培养了学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识解决问题的能力，有利于提高学生的实验设计能力和应试能力，提升学生的学科素养．