Question

2011年8月12日，網上傳云南曲靖市越州鎮(zhèn)有總量5000余噸的重毒化工廢料鉻渣由于非法丟放，毒水被直接排放南盤江中．
Ⅰ：某工廠對制革工業(yè)污泥中Cr（Ⅲ）回收與再利用工藝如下（硫酸浸取液中金屬離子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺）：

部分陽離子常溫下以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH見下表：

陽離子	Fe3+	Fe2+	Mg2+	Al3+	Cu2+	Cr3+
開始沉淀時的pH	1.9	7.0	--	--	4.7	--
沉淀完全時的pH	3.2	9.0	11.1	8	6.7	9 （＞9溶解）

（1）實驗室用18.4mol?L^-1的濃硫酸配制250mL 4.8mol?L^-1的硫酸溶液，所用的玻璃儀器除燒杯、玻璃棒和吸量管（一種能精確量取一定體積液體的儀器）外，還需

 

．
（2）酸浸時，為了提高浸取率可采取的措施是

 

（至少答一點）．
（3）加入H₂O₂的作用是

 

．調節(jié)溶液的pH=8是為了除去

 

離子．
（4）鈉離子交換樹脂的原理為：Mⁿ⁺+nNaR→MR_n+nNa⁺，被交換的雜質離子是

 

．
（5）還原過程發(fā)生以下反應（請配平）：

 

Na₂Cr₂O₇+

 

SO₂+

 

=

 

Cr（OH）（H₂O）₅SO₄+

 

Na₂SO₄；
Ⅱ：（1）工業(yè)廢水中常含有一定量的Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-，它們會對人類及生態(tài)系統(tǒng)產生很大損害，必須進行處理．其中一種處理方法為電解法：該法用Fe做電極，電解含Cr₂O₇^2-的酸性廢水，隨著電解進行，陰極附近溶液pH升高，產生Cr（OH）₃沉淀．陽極的電極反應式為

 

．在陰極附近溶液pH升高的原因是（用電極反應方程式解釋）

 

．
（2）含鉻廢水國家排放標準為

+6

Cr

含量≤0.1000mg/L．取上述電解后的廢水200.00mL，調節(jié)pH=1后置于錐形瓶中，用濃度為0.0001mol/L的KI溶液滴定，至滴定終點時，
用去KI溶液9.00mL．已知酸性條件下，I^-被Cr₂O₇^2-氧化的產物為I₂．用計算所得數據說明上述電解法處理后的廢水是否符合國家排放標準

 

．

Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用,電解原理

專題：實驗設計題

分析：Ⅰ．（1）依據溶液配制的步驟和過程分析所用到的儀器，主要儀器應有配制溶液的容量瓶和定容需要的膠頭滴管；配置一定物質的量濃度的溶液所需的玻璃儀器有：燒杯、玻璃棒、吸量管、容量瓶和膠頭滴管；（2）酸浸時，為了提高浸取率可采取的措施是延長浸取時間、加快溶解速度等措施；硫酸浸取液中的金屬離子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺和Mg²⁺，酸浸是溶解物質為了提高浸取率，可以升高溫度增大物質溶解度，增大接觸面積增大反應速率，或加快攪拌速度等；
（3）根據雙氧水的性質分析，雙氧水有強氧化性，能氧化還原性的物質；硫酸浸取液中的金屬離子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺和Mg²⁺，加入NaOH溶液使溶液呈堿性，Fe³⁺、Al³⁺轉化為沉淀除去；
（4）鈉離子交換樹脂交換的離子是鈣離子和鎂離子；
（5）依據流程圖中的轉化關系和產物，結合二氧化硫的還原性，利用氧化還原反應原理分析書寫；
Ⅱ．（1）用Fe為電極進行電解生成Fe²⁺，溶液PH升高的原因是溶液中氫離子濃度減少，即氫離子在陰極得電子，PH升高；
（2）根據Cr₂O₇^2-+6I^-+14H⁺=2Cr³⁺+3I₂+7H₂O計算．

解答： 解：Ⅰ．（1）配置一定物質的量濃度的溶液所需的玻璃儀器有：燒杯、玻璃棒、吸量管、容量瓶和膠頭滴管，故答案為：250mL容量瓶、膠頭滴管；
（2）酸浸時，為了提高浸取率可采取的措施是：增加浸取時間、不斷攪拌混合物、濾渣多次浸取等，
故答案為：①升高反應溫度，②攪拌，③過濾后再向濾渣中加入硫酸（多次浸取），④適當延長浸取時間；
（3）雙氧水有強氧化性，能氧化還原性的物質，Cr³⁺有還原性，Cr³⁺能被雙氧水氧化為Cr₂O₇^2-，以便于與雜質離子分離，硫酸浸取液中的金屬離子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺和Mg²⁺，加入NaOH溶液使溶液呈堿性，溶液pH=8，Fe³⁺、Al³⁺轉化為沉淀除去；
故答案為：將濾液Ⅰ中的Cr³⁺轉化為Cr₂O₇^2-，以便于與雜質離子分離；Fe³⁺、Al³⁺；
（4）鈉離子交換樹脂交換的離子是鈣離子和鎂離子，因為在此之前，Fe³⁺被除去，Al³⁺轉化為偏鋁酸根的形式，故答案為：Ca²⁺、Mg²⁺；
（5）二氧化硫具有還原性，被濾液Ⅱ中通過離子交換后的溶液中Na₂Cr₂O₇氧化為硫酸，Na₂Cr₂O₇氧被還原為CrOH（H₂O）₅SO₄，水溶液中生成硫酸反應生成硫酸鈉，依據原子守恒分析書寫配平；Na₂Cr₂O₇+3SO₂+11H₂O═2CrOH（H₂O）₅SO₄↓+Na₂SO₄，
故答案為：1、3、11H₂O、2、1；
Ⅱ．（1）用Fe為電極進行電解，鐵作陽極，陽極反應為Fe-2e^-═Fe²⁺，在陰極附近溶液pH升高的原因是水電離產生的H⁺放電生成H₂：2H⁺+2e^-═H₂↑，
故答案為：Fe-2e^-═Fe²⁺；2H⁺+2e^-=H₂↑；
（2）廢水200.00mL，調節(jié)pH=1后置于錐形瓶中，用濃度為0.0001mol/L的KI溶液滴定，至滴定終點時，用去KI溶液9.00mL，
       Cr₂O₇^2-+6I^-+14H⁺=2Cr³⁺+3I₂+7H₂O，
       1       6
n（Cr₂O₇^2-） 9×10^-3L×0.0001mol/L
n（Cr₂O₇^2-）=1.5×10^-7mol，廢水1L中n（Cr₂O₇^2-）=7.5×10^-7mol，廢水1L中n（

+6

Cr

）=1.5×10^-6mol，電解后的廢水中

+6

Cr

含量=1.5×10^-6mol×52g/mol=0.0780 mg/L，符合國家排放標準為

+6

Cr

含量≤0.1000mg/L．
故答案為：經計算知，上述電解后的廢水中

+6

Cr

含量=0.0780 mg/L，符合國家排放標準．

點評：本題考查了溶液配制、化學方程式的配平、電解原理等知識點，難度較大，注意會運用溶液的pH值對溶液中的離子進行分離，除雜的原則是：除去雜質且不引進新的雜質．