Question

11．电镀厂镀铜废水中含有CN^-和Cr₂O${\;}_{7}^{2-}$，需要处理达标后才能排放．该厂拟定下列流程进行废水处理：

回答下列问题：
（1）上述处理废水流程中主要使用的方法是氧化-还原法．Ⅲ
（2）②中反应后无气体放出，该反应的离子方程式为CN^-+ClO^-═CNO^-+Cl^-．
（3）步骤③中，每处理0.4mol Cr₂O${\;}_{7}^{2-}$时转移电子2.4mol，该反应的离子方程式为3S₂O₃^2-+4Cr₂O₇^2-+26H⁺═6SO₄^2-+8Cr³⁺+13H₂O．
（4）取少量待测水样于试管中，加入NaOH溶液，观察到有蓝色沉淀生成，再加Na₂S溶液，蓝色沉淀转化成黑色沉淀，请使用化学用语和文字解释产生该现象的原因：因为待检水样中还有Cu²⁺，K_sp（CuS）＜K_sp[Cu（OH）₂]，所以Cu²⁺+2OH^-═Cu（OH）₂↓再加Na₂S溶液，蓝色沉淀转化成黑色沉淀Cu（OH）₂（s）+S^2-（aq）═CuS（s）+2OH^-（aq）；．
（5）目前处理酸性Cr₂O${\;}_{7}^{2-}$废水多采用铁氧磁体法．该法是向废水中加入FeSO₄•7H₂O，将Cr₂O${\;}_{7}^{2-}$还原成Cr³⁺，调节pH，Fe、Cr转化成相当于Fe^Ⅱ[Fe${\;}_{x}^{Ⅲ}$Cr${\;}_{2-x}^{Ⅲ}$]O₄（铁氧磁体，罗马数字表示元素价态）的沉淀．处理1mol Cr₂O${\;}_{7}^{2-}$，需加入a mol FeSO₄•7H₂O，下列结论正确的是D．
A．x=0.5，a=8   B．x=0.5，a=10
C．x=1.5，a=8  D．x=1.5，a=10．

Answer 1

分析 流程分析含CN^-废水调整溶液PH加入NaClO溶液，氧化CN^-离子反应生成CNO^-的废水，含Cr₂O₇^2-的废水调整溶液PH加入Na₂S₂O₃发生氧化还原反应得到含硫酸根离子的废水，和含CNO^-的废水继续处理得当待测水样；
（1）从流程分析物质的转化关系和试剂选择分析所用方法，废水的处理方法有沉淀法、吸附法、中和法、混凝法、氧化还原法等．由上述流程图中反应②和反应③加入的试剂并对比反应前后的物质，可以发现两个反应均为氧化还原反应，故上述处理废水的主要方法是氧化还原法；
（2）碱性条件下，CN^-离子与NaClO发生氧化还原反应生成CNO^-、Cl^-离子，反应物为CN^-和NaClO，生成物有CNO^-，即CN^-生成CNO^-，相当于C由+2价升高至+4价，那么根据氧化还原反应得失电子守恒可知，ClO^-在反应中元素化合价降低，题目提示无气体生成，故其中的+1价Cl转化为Cl^-，据此写出离子方程式；
（3）利用每0.4molCr₂O₇^2-转移2.4mol的电子来计算被还原后Cr元素的化合价，由反应物S₂O₃^2-转化为生成物SO₄^2-可知，Cr₂O₇^2-被还原，其中Cr元素化合价降低，设Cr₂O₇^2-被还原后Cr的化合价为+n，则有关系：1：2×（6-n）=0.4：2.4，所以n=3，即Cr₂O₇^2-被还原为Cr³⁺，再书写离子方程式；
（4）根据铜离子与氢氧根离子反应生成沉淀及沉淀的转化来分析，先生成Cu（OH）₂沉淀，加入Na₂S后，Cu（OH）₂沉淀转化为CuS沉淀．这是因为Cu（OH）₂的溶解度比CuS的溶解度大；
（5）根据氧化还原反应中得失电子数相等，再结合原子守恒进行计算，生成铁氧磁体的物质的量为$\frac{2}{2-x}$ mol，根据得失电子守恒有$\frac{2}{2-x}$×x=6，得x=1.5．

解答 解：（1）从流程看，CN^-转化为CNO^-，化合价升高被氧化剂氧化，Cr₂O₇^2-转化为Cr³⁺化合价降低，故还原剂还原，故采用方法为氧化-还原法；
故答案为：氧化-还原法；
（2）步骤②中，无气体放出，CN^-被ClO^-氧化为CNO^-，则因为是在碱性环境中，故ClO^-只能被还原为Cl^-，反应式为：CN^-+ClO^-═CNO^-+Cl^-；
故答案为：CN^-+ClO^-═CNO^-+Cl^-；
（3）每0.4molCr₂O₇^2-转移2.4mol的电子，设还原后Cr元素的化合价为x，则0.4mol×2×（6-x）=2.4mol，解得x=+3，则离子反应为3S₂O₃^2-+4Cr₂O₇^2-+26H⁺═6SO₄^2-+8Cr³⁺+13H₂O，
故答案为：3S₂O₃^2-+4Cr₂O₇^2-+26H⁺═6SO₄^2-+8Cr³⁺+13H₂O；
（4）待检水样中还有Cu²⁺，加碱铜离子与氢氧根离子反应Cu²⁺+2OH^-═Cu（OH）₂↓，CuS比Cu（OH）₂更难溶，则加入Na₂S溶液能发生Cu（OH）₂（s）+S^2-（aq）═CuS（s）+2OH^-（aq），使沉淀向更难溶方向转化，
故答案为：因为待检水样中还有Cu²⁺，K_sp（CuS）＜K_sp[Cu（OH）₂]，所以Cu²⁺+2OH^-═Cu（OH）₂↓再加Na₂S溶液，蓝色沉淀转化成黑色沉淀Cu（OH）₂（s）+S^2-（aq）═CuS（s）+2OH^-（aq）；
（5）处理1mol Cr₂O₇^2-，需加入a mol FeSO₄•7H₂O，根据铬原子守恒得，1mol Cr₂O₇2-完全反应后生成 $\frac{2}{2-x}$molFe^Ⅱ[Fe^Ⅲ_x•Cr^Ⅲ_2-x]O₄，根据铁原子守恒得amol=$\frac{2（1+x）}{2-x}$mol①，该反应中得失电子数相等，1mol×2×3=$\frac{2}{2-x}$mol×（3-2）×x，解得x=1.5，将x=1.5代入①得a=10，
故答案为：D．

点评 本题考查了氧化还原反应，沉淀溶解平衡知识，注重了化学与实际生产的联系，学生应学会利用物质的性质、得失电子守恒和原子守恒计算等来解答，题目难度中等．