Question

12．网传云南曲靖市越州镇约5000余吨的重毒化工废料铬渣被非法丢放，毒水被直接排放到南盘江中．
I．某工厂对制革工业污泥中Cr（Ⅲ）回收与再利用工艺如下（硫酸浸取液中金属离子主要是C1³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺）：

部分阳离子常温下以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：

阳离子	Fe3+	Fe2+	Mg2+	Al3+	Cu2+	Cr3+
开始沉淀时的pH	1.9	7.0	─	─	4.7	─
沉淀完全时的pH	3.2	9.0	11.1	8	6.7	9（＞9溶解）

（1）实验室用18.4mol/L浓硫酸配制250mL 4.8mol/L硫酸溶液，所用的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒和吸量管（一种能精确量取一定体积液体的仪器）外，还需250mL容量瓶、胶头滴管．
（2）加入H₂0₂的作用是氧化+3价Cr使之转变成+6价Cr（或Cr₂O₇^2-），以便于与杂质离子分离．调节溶液的pH=8 是为了除去Fe³⁺和Al³⁺离子．
（3）还原过程发生以下反应，请配平：
1Na₂Cr₂O₇+3S0₂+11H₂O═2Cr（OH）（H₂0）₅S0₄+1Na₂S0₄
（4）钠离子交换树脂的原理为Mⁿ⁺+nNaR═MR_n+nNa⁺，被交换的杂质离子是Ca²⁺、Mg²⁺．
Ⅱ．工业废水中常含有一定量的Cr₂O₇^2-和Cr0₄^2-，它们会对人类及生态系统产生很大损害，必须进行处理．其中一种处理方法为电解法：该法用Fe做电极，电解含Cr₂O₇^2-的酸性废水，随着电解进行，阴极附近溶液pH升高，产生Cr（OH）₃沉淀．阳极的电极反应式为Fe-2e^-=Fe²⁺．在阴极附近溶液pH升高的原因是2H⁺+2e^-=H₂ ↑（用电极反应方程式解释）．产生的阳极产物在处理废水中铬元素时所起的作用是做还原剂，将+6价的Cr还原为+3价的Cr．

Answer 1

分析 Ⅰ（1）配置一定物质的量浓度的溶液所需的玻璃仪器有：烧杯、玻璃棒、吸量管、容量瓶和胶头滴管；
（2）根据双氧水的性质分析，双氧水有强氧化性，能氧化还原性的物质；
硫酸浸取液中的金属离子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺和Mg²⁺，加入NaOH溶液使溶液呈碱性，Fe³⁺、Al³⁺转化为沉淀除去；
（3）依据流程图中的转化关系和产物，结合二氧化硫的还原性，利用氧化还原反应原理分析书写；
（4）钠离子交换树脂交换的离子是钙离子和镁离子；
Ⅱ用Fe做电极进行电解，阳极发生Fe-2e^-=Fe²⁺，生成的亚铁离子与Cr₂O₇^2-发生氧化还原反应被还原为Cr³⁺然后生成Cr（OH）₃沉淀除去．

解答 解：Ⅰ：（1）配置一定物质的量浓度的溶液所需的玻璃仪器有：烧杯、玻璃棒、吸量管、容量瓶和胶头滴管；
故答案为：250mL容量瓶、胶头滴管；
（2）双氧水有强氧化性，能氧化还原性的物质，Fe²⁺和Cr³⁺有还原性，Fe²⁺和Cr³⁺能被双氧水氧化为高价离子，以便于与杂质离子分离；
硫酸浸取液中的金属离子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺和Mg²⁺，加入NaOH溶液使溶液呈碱性，溶液PH=8，Fe³⁺、Al³⁺转化为沉淀除去；
故答案为：氧化+3价Cr使之转变成+6价Cr（或Cr₂O₇^2-），以便于与杂质离子分离；Fe³⁺和Al³⁺；
（3）二氧化硫具有还原性，被滤液Ⅱ中通过离子交换后的溶液中Na₂CrO₄氧化为硫酸，Na₂CrO₄氧被还原为CrOH（H₂O）₅SO₄，水溶液中生成硫酸反应生成硫酸钠，依据原子守恒分析书写配平，2Na₂CrO₄+3SO₂+12H₂O=2CrOH（H₂O）₅SO₄↓+Na₂SO₄，
故答案为：1，3，11H₂O，2，1；
（4）钠离子交换树脂交换的离子是钙离子和镁离子．
故答案为：Ca²⁺、Mg²⁺；
Ⅱ：Fe为阳极，则阳极反应为Fe-2e^-=Fe²⁺，溶液中氢离子在阴极放电生成氢气，则阴极反应为2H⁺+2e^-=H₂ ↑，产生的阳极产物在处理废水中的铬元素中所起的作用，生成的亚铁离子与Cr₂O₇^2-发生氧化还原反应被还原为Cr³⁺，是作还原剂将+6价的Cr还原为+3价的Cr．
故答案为：Fe-2e^-=Fe²⁺；2H⁺+2e^-=H₂ ↑；做还原剂，将+6价的Cr还原为+3价的Cr．

点评 本题考查溶液配制、化学方程式的配平、物质的分离、电解原理及氧化还原反应，难度较大，注意会运用溶液的pH值对溶液中的离子进行分离，熟悉发生的电极反应及氧化还原反应即可解答．