Question

3．鉻（Ⅵ）的化合物是有毒物，已知Cr（Ⅲ）鹽的毒性只有Cr（Ⅵ）鹽的0.5%，所以將廢水中Cr（Ⅵ）轉(zhuǎn)化為Cr（Ⅲ）是處理Cr（Ⅵ）廢水的方向．某鉻鹽廠生產(chǎn)過程中排出含Cr₂O₇^2-的工業(yè)酸性廢水．為防止污染環(huán)境，現(xiàn)采用下列兩種方法進行處理后再排出．
方法一：化學法
用FeSO₄•7H₂O處理含鉻廢水的優(yōu)點是經(jīng)過加配料比后可用最終的產(chǎn)物制備鐵氧體復合氧化物（用Cr_x³⁺Fe_2-xFe²⁺O₄表示）的原料．
（1）在利用化學法處理時，F(xiàn)eSO₄把廢水中Cr₂O₇^2-還原的離子方程式為Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+7H₂O+6Fe³⁺．
（2）在pH＜4的含鉻（VI）廢水中，加入FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量應為廢水中CrO₃質(zhì)量的倍，才能使得到的固體產(chǎn)物符合鐵氧體復合氧化物的組成．而在實際操作中一般要大于 （填“大于”、“小于”）這個比例，原因為因綠礬易被氧化，故實際用量比理論值大．
方法二：電解法的工藝流程如下

在整個處理過程中，Cr₂O₇^2-被還原為Cr³⁺，溶液的pH值逐漸升高，最后濾出的沉淀有Cr（OH）₃和Fe（OH）₃，試分析這個污水處理過程，回答：
（3）加入適量食鹽的作用為加入少量食鹽，是增加污水中離子濃度，增強導電能力，選擇Fe做電極的原因是生成的亞鐵離子為還原劑，在酸性溶液中與Cr₂O₇^2-離子發(fā)生氧化還原反應使Cr₂O₇^2-離子被還原成Cr³⁺．
（4）隨著電解和溶液中反應的進行，陰極區(qū)溶液pH變大（填“變大”、“變小”），鼓入空氣的原因是在處理過程中鼓入空氣中的O₂充分與Fe（OH）₂反應，成為容易分離得Cr（OH）₃、Fe（OH）₃，使廢水含鉻量降到可排放標準．
（5）電解過程中當H⁺濃度小到一定程度時，便會析出Cr（OH）₃、Fe（OH）₃沉淀，已知常溫    下，Cr（OH）₃的溶度積Ksp=10^-32，要使c（Cr³⁺）降至l0^-5mol/L，溶液的pH應至少為5．

Answer 1

分析 方法一：化學法
（1）在利用化學法處理時，F(xiàn)eSO₄把廢水中Cr₂O₇^2-還原成Cr³⁺，而亞鐵離子被氧化成鐵離子，根據(jù)元素守恒和電荷守恒書寫離子方程式；
（2）在化學法處理時，根據(jù)電子得失守恒可知關(guān)系式3FeSO₄•7H₂O～CrO₃，據(jù)此可計算加入FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量與廢水中CrO₃質(zhì)量的關(guān)系，由于FeSO₄•7H₂O中亞鐵離子易被空氣中氧氣氧化，所以在使用時FeSO₄•7H₂O要適當過量；
方法二：電解法的工藝流程：在含有Cr₂O₇^2-的工業(yè)酸性廢水中加入氯化鈉，以達到增強導電性的目的，用鐵作陽極電解，陽極上鐵放電生成亞鐵離子，亞鐵離子再還原Cr₂O₇^2-生成Cr³⁺，溶液的pH值逐漸升高，溶液中鐵離子和鉻離子生成Cr（OH）₃、Fe（OH）₃沉淀，而達到處理污水的目的，為使溶液中部分Fe（OH）₂能生成氫氧化鐵沉淀，可以通入空氣，以達到除鐵的目的，根據(jù)Ksp=c（Cr³⁺）•c³（OH^-）可計算出要使c（Cr³⁺）降至l0^-5mol/L，溶液的pH值，據(jù)此答題．

解答 解：方法一：化學法
（1）在利用化學法處理時，F(xiàn)eSO₄把廢水中Cr₂O₇^2-還原成Cr³⁺，而亞鐵離子被氧化成鐵離子，反應的離子方程式為Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+7H₂O+6Fe³⁺，
故答案為：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+7H₂O+6Fe³⁺；
（2）在化學法處理時，根據(jù)電子得失守恒可知關(guān)系式3FeSO₄•7H₂O～CrO₃，所以加入FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量與廢水中CrO₃質(zhì)量的比值為$\frac{3×（152+126）}{100}$=8.34，由于FeSO₄•7H₂O中亞鐵離子易被空氣中氧氣氧化，所以在使用時FeSO₄•7H₂O要適當過量，要大于理論用量，
故答案為：8.34；大于；因綠礬易被氧化，故實際用量比理論值大；
方法二：電解法的工藝流程：在含有Cr₂O₇^2-的工業(yè)酸性廢水中加入氯化鈉，以達到增強導電性的目的，用鐵作陽極電解，陽極上鐵放電生成亞鐵離子，亞鐵離子再還原Cr₂O₇^2-生成Cr³⁺，溶液的pH值逐漸升高，溶液中鐵離子和鉻離子生成Cr（OH）₃、Fe（OH）₃沉淀，而達到處理污水的目的，為使溶液中部分Fe（OH）₂能生成氫氧化鐵沉淀，可以通入空氣，以達到除鐵的目的，根據(jù)Ksp=c（Cr³⁺）•c³（OH^-）可計算出要使c（Cr³⁺）降至l0^-5mol/L，溶液的pH值，
（3）根據(jù)上面的分析可知，加入適量食鹽的作用為 增加污水中離子濃度，增強導電能力，選擇Fe做陽極，生成的亞鐵離子為還原劑，在酸性溶液中與Cr₂O₇^2-離子發(fā)生氧化還原反應使Cr₂O₇^2-離子被還原成Cr³⁺，
故答案為：增加污水中離子濃度，增強導電能力；陽極；生成的亞鐵離子為還原劑，在酸性溶液中與Cr₂O₇^2-離子發(fā)生氧化還原反應使Cr₂O₇^2-離子被還原成Cr³⁺；
（4）在電解過程中，陰極發(fā)生的反應為2H⁺+2e^-=H₂↑，所以隨著電解和溶液中反應的進行，陰極區(qū)溶液pH 變大，鼓入空氣的原因是在處理過程中鼓入空氣中的O₂充分與Fe（OH）₂反應，成為容易分離得Cr（OH）₃、Fe（OH）₃，使廢水含鉻量降到可排放標準，
故答案為：；在處理過程中鼓入空氣中的O₂充分與Fe（OH）₂反應，成為容易分離得Cr（OH）₃、Fe（OH）₃，使廢水含鉻量降到可排放標準；
（5）要使c（Cr³⁺）降至l0^-5mol/L，根據(jù)Ksp=c（Cr³⁺）•c³（OH^-）可知，c（OH^-）=$\root{3}{\frac{Ksp}{c（Cr{\;}^{3+}）}}$=$\root{3}{\frac{10{\;}^{-32}}{l0{\;}^{-5}}}$=10^-9 mol/L，所以pH=5，
故答案為：5．

點評 本題以工業(yè)廢水處理為載體，考查氧化還原反應、離子反應、電解池原理、沉淀溶解平衡的計算等，難度中等，關(guān)鍵根據(jù)實驗流程利用氧化還原反應判斷發(fā)生的離子反應，是對學生綜合能力的考查．