Question

4．氰化物在冶金等行业应用广泛，含氰废水的处理显得尤为重要．含氰废水中的氰化物常以[Fe（CN）₆]^3-和CN^-的形式存在，工业上有多种废水处理方法．
I．电解处理法
图1电源废水铁电极石墨电极
用图1所示装置处理含CN^-废水时，控制溶液pH为9～10并加入NaCl，一定条件下电解，阳极产生的ClO^-将CN^-氧化为无害物质而除去．
（1）铁电极为阴极（填“阴极”或“阳极”），阳极产生ClO^-的电极反应为2OH^-+Cl^--2e^-═ClO^-+H₂O．
II．UV（紫外光线的简称）-H₂O₂氧化法．
实验过程：取一定量含氰废水，调节pH，加入一定物质的量的H₂O₂，置于UV工艺装置中，光照一定时间后取样分析．
【查阅资料】①在强碱性溶液中4[Fe（CN）₆]^3-+4OH^-═4[Fe（CN）₆]^4-+O₂↑+2H₂O，[Fe（CN）₆]^4-更稳定；
②[Fe（CN）₆]^3-转化为CN^-容易被H₂O₂除去；
③HCN是有毒的弱酸，易挥发．
（2）废水中的CN^一经以下反应实现转化：CN^一+H₂O₂+H₂O═A+NH₃↑，则A是HCO₃^-（用符号表示）．
（3）K₃[Fe（CN）₆]在中性溶液中有微弱水解，用方程式表示水解反应[Fe（CN）₆]^3-+3H₂O?Fe（OH）₃+3HCN+3CN^-．
（4）含氰废水在不同pH下的除氰效果如图2所示，pH选择的最佳范围应为b（a．7-10；b．10-11；c．11-13），解释选择该pH范围的原因碱性适中，有利于[Fe（CN）₆]^3-转变为CN^-而被氧化；碱性太强，溶液中4[Fe（CN）₆]^3-+4OH^-═4[Fe（CN）₆]^4-+O₂↑+2H₂O生成[Fe（CN）₆]^4-后难以除去；碱性太弱[Fe（CN）₆]^3-难以水解释放出CN^-（且水解产生少量HCN有毒）．

（5）图3表示某pH时，加入不同量H₂O₂，处理30min后测定的样品含氰浓度．由图可知：n（H₂O₂）：n（CN^-）=250：1时，剩余总氰为0.16mg•L^-1，除氰率达80%，计算0-30min时间段反应速率v（CN^-）=0.021mg•L^-1min^-1（结果保留两位有效数字）．

Answer 1

分析 （1）废水中含CN^-，控制溶液pH为9～10并加入NaCl，阳极产生的ClO^-将CN^-氧化，说明溶液中的氯离子在阳极失去电子发生氧化反应，阴极是氢离子得电子产生氢气，铁是活性电极，在装置中只能作阴极，不参加反应；
（2）根据离子反应方程式CN^-+H₂O₂+H₂O═A+NH₃↑可知，N化合价为-3价，反应前后不改变，只能是双氧水将C从+2介氧化到+4价，根据电荷守恒和原子守恒解答；
（3）Fe（OH）₃是弱碱，HCN是弱酸，则K₃[Fe（CN）₆]在中性溶液中有Fe³⁺和CN^-发生微弱水解；
（4）图2显示，PH在10-11时，除氰率超过80%，碱性适中，有利于[Fe（CN）₆]^3-转变为CN^-而被氧化；碱性太强，溶液中4[Fe（CN）₆]^3-+4OH^-═4[Fe（CN）₆]^4-+O₂↑+2H₂O生成[Fe（CN）₆]^4-后难以除去；碱性太弱[Fe（CN）₆]^3-难以水解释放出CN^-（且水解产生少量HCN有毒）；
（5）根据v=$\frac{△c}{△t}$计算．

解答 解：（1）废水中含CN^-，控制溶液pH为9～10并加入NaCl，阳极产生的ClO^-将CN^-氧化，说明溶液中的氯离子在阳极失去电子发生氧化反应，电极反应为：2OH^-+Cl^--2e^-═ClO^-+H₂O，阴极是氢离子得电子产生氢气，铁是活性电极，在装置中只能作阴极，不参加反应，
故答案为：阴极；2OH^-+Cl^--2e^-═ClO^-+H₂O；
（2）根据离子反应方程式CN^-+H₂O₂+H₂O═A+NH₃↑可知，N化合价为-3价，反应前后不改变，只能是双氧水将C从+2介氧化到+4价，根据电荷守恒和原子守恒，A应是带一个负电荷的阴离子，且包含1个C，1个H，3个O，即HCO₃^-，
故答案为：HCO₃^-；
（3）Fe（OH）₃是弱碱，HCN是弱酸，则K₃[Fe（CN）₆]在中性溶液中有Fe³⁺和CN^-发生微弱水解，即[Fe（CN）₆]^3-+3H₂O?Fe（OH）₃+3HCN+3CN^-，
故答案为：[Fe（CN）₆]^3-+3H₂O?Fe（OH）₃+3HCN+3CN^-；
（4）图2显示，PH在10-11时，除氰率超过80%，碱性适中，有利于[Fe（CN）₆]^3-转变为CN^-而被氧化；碱性太强，溶液中4[Fe（CN）₆]^3-+4OH^-═4[Fe（CN）₆]^4-+O₂↑+2H₂O生成[Fe（CN）₆]^4-后难以除去；碱性太弱[Fe（CN）₆]^3-难以水解释放出CN^-（且水解产生少量HCN有毒），
故答案为：b；碱性适中，有利于[Fe（CN）₆]^3-转变为CN^-而被氧化；碱性太强，溶液中4[Fe（CN）₆]^3-+4OH^-═4[Fe（CN）₆]^4-+O₂↑+2H₂O生成[Fe（CN）₆]^4-后难以除去；碱性太弱[Fe（CN）₆]^3-难以水解释放出CN^-（且水解产生少量HCN有毒）；
（5）剩余总氰为0.16mg•L^-1，除氰率达80%，则氰的总量为：0.16mg•L^-1÷（1-80%）=0.80mg•L^-1，
0-30分钟氰的改变量为：△c（CN^-）=0.80mg•L^-1×80%=0.64mg•L^-1，v（CN^-）=$\frac{△c（C{N}^{-}）}{△t}$=$\frac{0.64mg/L}{30min}$=0.021mg•L^-1min^-1，
故答案为：0.021．

点评 本题考查电解原理以及盐类水解的应用，利用氧化还原反应化合价的改变，守恒思想的应用是解题的关键，图象多增大了信息量，注意有效信息的获取，题目难度中等．