题目内容

17．Cr（Ⅵ）具有毒性和致癌作用，工业废水中Cr（Ⅵ）主要以$C{r}_{2}{O}_{7}^{2-}$的形式存在，为除去酸性废水中的$C{r}_{2}{O}_{7}^{2-}$，通常采用以下处理方法；
①往工业废水中加入适量的1-2g•L-1食盐水；
②以铁作为电极迸行电解；
③鼓入空气，经过一段时间后，使废水中的含铬（Ⅵ）量降到可排放的标准，
其原理是将$C{r}_{2}{O}_{7}^{2-}$还原为可溶性三价铬离子，整个过程中，溶液的pH会逐渐增大，最终将离子转化成难溶性氢氧化物而将其除去．
（1）用铁作为电极电解时．阳极的电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，加入食盐水的目的是增强溶液的导电能力
（2）处理过程中，pH增大的原因是2H++2e-═H2↑、6Fe2++Cr2O72-+14H+═6Fe3++2Cr3++7H2O（用有关电极反应式和离子方程式加以说明）
（3）已知常温下，Ksp[Cr（OH）3]=1.0×10-30，Ksp[Fe（OH）3]=4.0×10-38．若使Cr3+的浓度低于1×10-9mol•L-1，则最终废水的pH不低于7．此时Fe3+的浓度不高于4×10-17mol•L-1．

分析 （1）阳极铁失去电子生成亚铁离子；加入适量的NaCl可增强溶液的导电性；
（2）阴极上氢离子得到电子生成氢气及溶液中发生氧化还原都消耗氢离子；
（3）Cr3+的浓度低于1×10-9mol•L-1，则溶液中氢氧根离子浓度应满足c（OH-）＞$\root{3}{\frac{{K}_{sp}[Cr（{OH）}_{3}]}{c（C{r}^{3+}）}}$，再计算出氢离子的最大浓度及溶液的pH范围；根据溶液中氢氧根离子的浓度范围及c（Fe3+）＜$\frac{{K}_{sp}[Fe（OH）_{3}]}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$计算出铁离子的浓度最大值．

解答 解：（1）Fe为阳极，则阳极铁失去电子生成亚铁离子，所以阳极反应为：Fe-2e-=Fe2+；因NaCl为电解质，加入适量的NaCl可增强溶液的导电能力，
故答案为：Fe-2e-=Fe2+；增强溶液的导电能力；
（2）阴极上氢离子得电子发生还原反应：2H++2e-═H2↑，同时溶液中的氧化还原反应也消耗H+：6Fe2++Cr2O72-+14H+═6Fe3++2Cr3++7H2O，导致溶液中氢离子浓度降低，从而使溶液pH升高，
故答案为：2H++2e-═H2↑、6Fe2++Cr2O72-+14H+═6Fe3++2Cr3++7H2O；
（3）Cr3+的浓度低于1×10-9mol•L-1，则溶液中氢氧根离子浓度应满足：c（OH-）＞$\root{3}{\frac{{K}_{sp}[Cr（{OH）}_{3}]}{c（C{r}^{3+}）}}$=$\root{3}{\frac{1.0×1{0}^{-30}}{1×1{0}^{-9}}}$mol/L=1×10-7mol•L-1，氢离子浓度小于1×10-7mol•L-1，所以最终废水的pH不低于lg1×10-7=7；当c（OH-）＞1×10-7mol•L-1时，此时Fe3+的浓度满足：c（Fe3+）＜$\frac{{K}_{sp}[Fe（OH）_{3}]}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=$\frac{4×1{0}^{-38}}{（{1×1{0}^{-7}）}^{3}}$mol/L=4×10-17mol•L-1，
故答案为：7；4×10-17．

点评 本题考查了电解原理的应用、难溶物溶度积的计算，题目难度中等，明确电解原理、难溶物溶度积的概念为解答关键，试题充分培养了学生的分析能力及化学计算能力．

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