Question

17．重金属元素铬的毒性较大，含铬废水需经处理达标后才能排放．
Ⅰ．某工业废水中主要含有Cr³⁺，同时还含有少量的Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺和Mg²⁺等，且酸性较强．为回收利用，通常采用如下流程处理：

注：部分阳离子常温下以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH见下表．

氢氧化物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Mg（OH）2	Al（OH）3	Cr（OH）3
pH	3.7	9.6	11.1	8	9（＞9溶解）

（1）氧化过程中可代替H₂O₂加入的试剂是A（填序号）．
A．Na₂O₂  B．HNO₃  C．FeCl₃  D．KMnO₄
（2）加入NaOH溶液调整溶液pH=8时，除去的离子是AB；已知钠离子交换树脂的原理：Mⁿ⁺+nNaR-→MR_n+nNa⁺，此步操作被交换除去的杂质离子是CD．
A．Fe³⁺  B． Al³⁺  C．Ca²⁺  D．Mg²⁺
（3）还原过程中，每消耗0.8mol Cr₂O₇^2-转移4.8mol e^-，该反应离子方程式为3S₂O₃^2-+4Cr₂O₇^2-+26H⁺═6SO₄^2-+8Cr³⁺+13H₂O．
Ⅱ．酸性条件下，六价铬主要以Cr₂O₇^2-形式存在，工业上常用电解法处理含Cr₂O₇^2-的废水：
该法用Fe作电极电解含Cr₂O₇^2-的酸性废水，随着电解进行，在阴极附近溶液pH升高，产生Cr（OH）₃溶液．
（1）电解时能否用Cu电极来代替Fe电极？不能（填“能”或“不能”），理由是因阳极产生的Cu²⁺不能使Cr₂O₇^2-还原到低价态．
（2）电解时阳极附近溶液中Cr₂O₇^2-转化为Cr³⁺的离子方程式为6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺═6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O．
（3）常温下，Cr（OH）₃的溶度积K_sp=1×10^-32，溶液的pH应为5时才能使c（Cr³⁺）降至10^-5 mol•L^-1．

Answer 1

分析 I．某工业废水中主要含有Cr³⁺，同时还含有少量的Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺和Mg²⁺等，加双氧水把亚铁离子氧化为铁离子，同时Cr³⁺被氧化为Cr₂O₇^2-，加氢氧化钠调节pH=8，则Fe³⁺、Al³⁺转化为氢氧化铁和氢氧化铝沉淀，过滤，滤液中主要含有Cr₂O₇^2-、Ca²⁺和Mg²⁺等，通过钠离子交换树脂，除去Ca²⁺和Mg²⁺，然后加Na₂S₂O₃把Cr₂O₇^2-还原为8Cr³⁺，再调节pH得到Cr（OH）（H₂O）₅SO₄，
（1）加氧化剂主要目的是把亚铁离子氧化为铁离子，注意不能引入新的杂质；
（2）根据表中数据判断；通过钠离子交换树脂，除去Ca²⁺和Mg²⁺；
（3）每消耗0.8mol Cr₂O₇^2-转移4.8mol e^-，则1molCr₂O₇^2-转移6mol电子，所以生成Cr³⁺，S₂O₃^2-被氧化为SO₄^2-+，结合得失电子守恒和原子守恒写出离子方程式；
II．（1）铜失去电子得到的阳离子是铜离子，该离子不具有还原性，不能和重铬酸根之间发生反应；
（2）Cr₂O₇^2-具有强氧化性，可以将亚铁离子氧化为铁离子，自身被还原为2Cr³⁺，据此书写方程式；
（3）根据溶度积常数以及水的离子积常数来进行计算．

解答 解：I．某工业废水中主要含有Cr³⁺，同时还含有少量的Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺和Mg²⁺等，加双氧水把亚铁离子氧化为铁离子，同时Cr³⁺被氧化为Cr₂O₇^2-，加氢氧化钠调节pH=8，则Fe³⁺、Al³⁺转化为氢氧化铁和氢氧化铝沉淀，过滤，滤液中主要含有Cr₂O₇^2-、Ca²⁺和Mg²⁺等，通过钠离子交换树脂，除去Ca²⁺和Mg²⁺，然后加Na₂S₂O₃把Cr₂O₇^2-还原为8Cr³⁺，再调节pH得到Cr（OH）（H₂O）₅SO₄，
（1）加氧化剂主要目的是把亚铁离子氧化为铁离子，同时不能引入新的杂质，所以可以用Na₂O₂代替H₂O₂，故选A；
（2）根据表中数据可知，pH=8时，Fe³⁺、Al³⁺转化为氢氧化铁和氢氧化铝沉淀，则Fe³⁺、Al³⁺被除去，故选AB；通过钠离子交换树脂，除去Ca²⁺和Mg²⁺，故选CD，
故答案为：AB；CD；
（3）每消耗0.8mol Cr₂O₇^2-转移4.8mol e^-，则1molCr₂O₇^2-转移6mol电子，所以生成Cr³⁺，S₂O₃^2-被氧化为SO₄^2-+，则反应的离子方程式为：3S₂O₃^2-+4Cr₂O₇^2-+26H⁺═6SO₄^2-+8Cr³⁺+13H₂O；
故答案为：3S₂O₃^2-+4Cr₂O₇^2-+26H⁺═6SO₄^2-+8Cr³⁺+13H₂O；
II．（1）若用Cu电极来代替Fe电极，在阳极上铜失去电子得到的阳离子是铜离子，该离子不具有还原性，不能和重铬酸根之间发生反应，
故答案为：不能；因阳极产生的Cu²⁺不能使Cr₂O₇^2-还原到低价态；
（2）Cr₂O₇^2-具有强氧化性，可以将亚铁离子氧化为铁离子，自身被还原为2Cr³⁺，反应的实质是：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺═6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，
故答案为：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺═6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O；
（3）当c（Cr³⁺）=10^-5mol/L时，溶液的c（OH^-）=$\root{3}{\frac{10{\;}^{-32}}{10{\;}^{-5}}}$=10^-9 mol/L，
c（H⁺）═$\frac{10{\;}^{-14}}{10{\;}^{-9}}$=10^-5mol/L，pH=5，
即要使c（Cr³⁺）降至10^-5mol/L，溶液的pH应调至5，
故答案为：5．

点评 本题考查了物质分离提纯的操作及方法应用、电解原理、难溶物溶度积的计算等，题目难度较大，涉及的知识点较多，注意掌握电解原理、难溶物溶度积的概念及计算方法，试题培养了学生的分析、理解能力及化学计算能力．