Question

欲降低廢水中重金屬元素鉻的毒性，可將Cr₂O₇^2-轉(zhuǎn)化為Cr（OH）₃沉淀除去．三種金屬離子生成沉淀的pH如表．

	開始沉淀的pH	完全沉淀的pH
Fe（OH）2	7.0	9.0
Fe（OH）3	1.9	3.2
Cr（OH）3	6.0	8.0

（1）某含鉻廢水處理的主要流程如圖所示：

①初沉池中加入明礬作沉降劑，其作用的原理是（用離子方程式表示）

 

．
②請補充并配平以下反應(yīng)池中發(fā)生主要反應(yīng)的離子方程式：

 

Cr₂O₇^2-+

 

HSO₃^-+

 

═

 

Cr³⁺+

 

SO₄^2-+

 

H₂O．
③根據(jù)“沉淀法”和“中和法”的原理，向沉淀池中加入NaOH溶液，此過程中發(fā)生主要反應(yīng)的離子方程式是：H⁺+OH^-=H₂O和

 

．證明Cr³⁺沉淀完全的方法是

 

．
（2）工業(yè)可用電解法來處理含Cr₂O₇^2-廢水．實驗室利用如圖模擬處理含Cr₂O₇^2-的廢水，陽極反應(yīng)是Fe-2e^-=Fe²⁺，陰極反應(yīng)式是2H⁺+2e^-=H₂↑．
①Fe²⁺與酸性溶液中的Cr₂O₇^2-反應(yīng)的離子方程式是

 

，
②上述反應(yīng)得到的金屬陽離子在陰極區(qū)可沉淀完全，從其對水的電離平衡角度解釋其原因

 

．
③若溶液中含有0.01mol Cr₂O₇^2-，則陽離子全部生成沉淀的物質(zhì)的量是

 

mol．

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,氧化還原反應(yīng)方程式的配平,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì),電解原理

專題：實驗設(shè)計題,電離平衡與溶液的pH專題,電化學(xué)專題

分析：（1）含Cr₂O₇^2-廢水中加入明礬，鋁離子水解生成具有吸附性的氫氧化鋁，可除去水的懸浮物雜質(zhì)，然后加入硫酸和亞硫酸鈉，在酸性條件下發(fā)生 Cr₂O₇^2-+3 HSO₃^-+5H⁺=2 Cr³⁺+3 SO₄^2-+4 H₂O，充分反應(yīng)后，加入氫氧化鈉溶液可生成Cr（OH）₃沉淀，分離后可達到排放的目的；
（2）Fe²⁺離子與Cr₂O₇^2-離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Fe³⁺離子和Cr³⁺離子；隨著電解進行，溶液中c（H⁺） 逐漸減少，c（OH^-）濃度增大；
根據(jù)Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，Cr³⁺+3OH^-═Cr（OH）₃↓、Fe³⁺+3OH^-═Fe（OH）₃↓進行計算．

解答： 解：（1）①K₂SO₄﹒Al₂（SO₄）₃﹒24H₂O為強電解質(zhì)，在溶液中完全電離，生成Al³⁺和SO₄^2-、K⁺，Al³⁺能水解生成氫氧化鋁膠體：Al³⁺+3H₂O=Al（OH）₃（膠體）+3H⁺或Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺，氫氧化鋁膠體具有吸附性，能吸附水中的懸浮物，所以能作凈水劑，
故答案為：Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺；
②反應(yīng)中，Cr₂O₇^2-中鉻元素化合價變化為：+6→+3，化合價降低了3價，Cr₂O₇^2-中含有兩個鉻原子，至少降低6價；
HSO₃^-中硫元素化合價變化為：+4→+6，化合價升高了（6-4）=2價，化合價變化的最小公倍數(shù)為6，所以Cr₂O₇^2-的化學(xué)計量數(shù)為1，亞硫酸氫根離子計量數(shù)為3，鉻離子計量數(shù)為2，硫酸根離子計量數(shù)為3，再根據(jù)電荷守恒，氫離子計量數(shù)為5，最后根據(jù)質(zhì)量守恒判斷，未知物為水，計量數(shù)為4，配平后的方程式為：Cr₂O₇^2-+3HSO₃^-+5H⁺═2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂O，
故答案為：1；3；5；2；3；4；
③向轉(zhuǎn)化后的廢水中加入NaOH溶液，NaOH會和H⁺發(fā)生反應(yīng)H⁺+OH^-═H₂O，Cr³⁺與NaOH發(fā)生反應(yīng)Cr³⁺+3OH^-═Cr（OH）₃↓，根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，Cr（OH）₃沉淀完全時，溶液的pH為8，所以測定溶液的pH，若pH≥8，則證明Cr³⁺沉淀完全，
故答案為：Cr³⁺+3OH^-=Cr（OH）₃↓；取沉淀后的上層清液測定其pH，若pH≥8，則沉淀完全；
（2）①亞鐵離子與Cr₂O₇^2-發(fā)生氧化還原反應(yīng)，Cr₂O₇^2-被還原為Cr³⁺，然后Cr³⁺生成Cr（OH）₃沉淀，重鉻酸根具有強氧化性，能將生成的亞鐵離子氧化為三價，反應(yīng)的離子方程式為：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，
故答案為：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；
 ②隨著電解進行，溶液中c（H⁺） 逐漸減少，打破了水的電離平衡，促進了水的電離，使溶液中OH^-濃度增大，溶液的堿性增強，生成Fe（OH）₃和Cr（OH）₃沉淀，金屬陽離子在陰極區(qū)可沉淀完全，
故答案為：水中的H⁺在陰極區(qū)放電，H⁺濃度減小促使水的電離平衡H₂O?H⁺+OH^-向右移動，陰極區(qū)OH^-濃度增大與金屬陽離子在陰極區(qū)結(jié)合而沉淀完全；
③根據(jù)Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，Cr³⁺+3OH^-═Cr（OH）₃↓、Fe³⁺+3OH^-═Fe（OH）₃↓知0.01mol Cr₂O₇^2-，可生成0.02molCr（OH）₃，0.06molFe（OH）₃，共0.08mol，
故答案為：0.08．

點評：本題考查了探究物質(zhì)的組成、電解原理等知識，題目難度較大，試題綜合性較強，涉及了電解原理、氧化還原反應(yīng)配平、化學(xué)方程式的計算等問題，培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用所學(xué)知識解決問題的能力，有利于提高學(xué)生的實驗設(shè)計能力和應(yīng)試能力，提升學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)．