Question

4．電鍍含鉻廢水的處理方法較多．
（1）某工業(yè)廢水中主要含有Cr³⁺，同時(shí)還含有少量的Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺和Al³⁺等，且酸性較強(qiáng)．為回收利用，通常采用如下流程處理：

已知：（1）Cr（OH）₃$\stackrel{NaOH}{→}$NaCrO₂$\stackrel{Cl_{3}}{→}$Na₂CrO₄$\stackrel{酸化}{→}$Na₂Cr₂O₇
（2）Cu（OH）₂能溶于氨水：Cu（OH）₂+4NH₃•H₂O═[Cu（NH₃）₄]²⁺+2OH^-+4H₂O
請回答：
（1）操作Ⅰ的名稱過濾，上述操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ相同，進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)操作所需要的主要玻璃儀器除燒杯、漏斗外，還有玻璃棒．
（2）濾渣Ⅰ的主要成分為Cu（OH）₂、Fe（OH）₃（寫化學(xué)式），試劑乙的名稱氨水．
（3）加入試劑甲的目的將Fe²⁺氧化成Fe³⁺．
（4）廢水處理流程中生成濾渣Ⅲ的離子方程式：2H₂O+A1O₂^-+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（2）酸性條件下，六價(jià)鉻主要以Cr₂O${\;}_{7}^{2-}$形式存在．工業(yè)上用以下方法處理含Cr₂O${\;}_{7}^{2-}$的廢水：①往廢水中加入適量的NaCl，攪拌均勻；②用Fe為電極進(jìn)行電解，經(jīng)過一段時(shí)間，最后有Cr（OH）₃和Fe（OH）₃沉淀產(chǎn)生；③過濾回收沉淀，廢水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)．
（5）電解時(shí)能否用Cu電極來代替Fe電極？不能（填“能”或“不能”），理由是因陽極產(chǎn)生的Cu²⁺不能使Cr₂O₇^2-還原到低價(jià)態(tài)．
（6）已知某含Cr₂O${\;}_{7}^{2-}$的酸性工業(yè)廢水中鉻元素的含量為104.5mg/L，處理后鉻元素最高允許排放濃度為0.5mg/L．處理該廢水1000m³并達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，至少消耗鐵的質(zhì)量為336kg．

Answer 1

分析 工業(yè)廢水中含有Cr³⁺，同時(shí)還含有少量的Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺和Al³⁺等，且酸性較強(qiáng)，根據(jù)流程圖知，工業(yè)廢水中加入試劑甲后溶液中沒有Fe²⁺，說明廢水中的Fe²⁺被氧化生成Fe³⁺，甲應(yīng)該具有強(qiáng)氧化性，且不能引進(jìn)雜質(zhì)，則試劑甲為雙氧水；向溶液中加入過量NaOH溶液，Cu²⁺、Fe³⁺都轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，根據(jù)題給信息（1）知，Al³⁺、Cr³⁺和過量NaOH反應(yīng)生成可溶性的鈉鹽，然后采用過濾方法得到濾渣I、濾液I，濾渣I為Cu（OH）₂、Fe（OH）₃，濾液I中含有NaAlO₂、NaCrO₂、NaOH；向?yàn)V渣I中加入試劑乙，然后過濾，得到濾渣II和濾液II，根據(jù)題給信息（2）知，試劑乙為氨水，濾渣II為Fe（OH）₃，濾液II為[Cu（NH₃）₄]（OH）₂；
向?yàn)V液I中加入試劑丙得到AlO₂^-和CrO₄^2-，根據(jù)題給信息（1）知，試劑丙可以將CrO₂^-氧化為CrO₄^2-，實(shí)現(xiàn)三價(jià)鉻到CrO₄^2-的轉(zhuǎn)化，且不能引進(jìn)雜質(zhì)，所以試劑丙是氯氣，向溶液中通入過量二氧化碳，得到沉淀IIIAl（OH）₃ 和濾液III，濾液III最終得到Na₂Cr₂O₇；
（1）分離難溶性固體和溶液采用過濾方法；進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)操作所需要的主要玻璃儀器除燒杯、漏斗外，還有玻璃棒；
（2）濾渣I的主要成分為Cu（OH）₂、Fe（OH）₃，試劑乙的名稱氨水；
（3）加入試劑甲的目的是將亞鐵離子氧化為鐵離子；
（4）廢水處理流程中生成濾渣III的離子方程式為2H₂O+A1O₂^-+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（5）用Fe為電極進(jìn)行電解生成Fe²⁺，作為還原劑還原Cr₂O₇^2-，而銅電極作陽極生成Cu²⁺不能還原Cr₂O₇^2-．
（6）根據(jù)題意消耗的m（Cr）=1000×1000×（104.5-0.5）=1.04×10⁸mg=1.04×10⁵g
則Cr的物質(zhì)的量是$\frac{1.04×10{\;}^{5}g}{52g/mol}$=2×10³mol，設(shè)Fe為xmol，根據(jù)14H⁺+Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O反應(yīng)方程式計(jì)算．

解答 解：工業(yè)廢水中含有Cr³⁺，同時(shí)還含有少量的Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺和Al³⁺等，且酸性較強(qiáng)，根據(jù)流程圖知，工業(yè)廢水中加入試劑甲后溶液中沒有Fe²⁺，說明廢水中的Fe²⁺被氧化生成Fe³⁺，甲應(yīng)該具有強(qiáng)氧化性，且不能引進(jìn)雜質(zhì)，則試劑甲為雙氧水；向溶液中加入過量NaOH溶液，Cu²⁺、Fe³⁺都轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，根據(jù)題給信息（1）知，Al³⁺、Cr³⁺和過量NaOH反應(yīng)生成可溶性的鈉鹽，然后采用過濾方法得到濾渣I、濾液I，濾渣I為Cu（OH）₂、Fe（OH）₃，濾液I中含有NaAlO₂、NaCrO₂、NaOH；向?yàn)V渣I中加入試劑乙，然后過濾，得到濾渣II和濾液II，根據(jù)題給信息（2）知，試劑乙為氨水，濾渣II為Fe（OH）₃，濾液II為[Cu（NH₃）₄]（OH）₂；
向?yàn)V液I中加入試劑丙得到AlO₂^-和CrO₄^2-，根據(jù)題給信息（1）知，試劑丙可以將CrO₂^-氧化為CrO₄^2-，實(shí)現(xiàn)三價(jià)鉻到CrO₄^2-的轉(zhuǎn)化，且不能引進(jìn)雜質(zhì)，所以試劑丙是氯氣，向溶液中通入過量二氧化碳，得到沉淀IIIAl（OH）₃ 和濾液III，濾液III最終得到Na₂Cr₂O₇；
（1）由操作流程圖可知，操作Ⅰ是分離難溶性固體和液體的方法，故該操作名稱為：過濾；操作I、II、III均是過濾的過程，過濾實(shí)驗(yàn)操作所需要的主要玻璃儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒，故答案為：過濾；玻璃棒；
（2）向含有Cr³+、Cu²⁺、Fe³⁺和Al³⁺的溶液中加入過量的氫氧化鈉，生成的沉淀即濾渣Ⅰ有氫氧化銅和氫氧化鐵，濾液是根據(jù)題意信息Cu（OH）₂+4NH₃•H₂O=[Cu（NH₃）₄]²⁺+2OH^-+4H₂O，所以試劑乙可以將氫氧化銅沉淀溶解掉，應(yīng)為氨水，
故答案為：Cu（OH）₂、Fe（OH）₃；氨水；
（3）在電鍍鉻的工業(yè)廢水中主要含有Cr³+，同時(shí)還含有少量的Cu²⁺、Fe²⁺ Fe³⁺和Al³⁺等，加入試劑甲以后廢水的成分含有Cr³+、Cu²⁺、Fe³⁺和Al³⁺，由此可見試劑甲將亞鐵離子氧化為三價(jià)鐵離子，故答案為：將Fe²⁺氧化成Fe³⁺；
（4）向四羥基合鋁酸根中通入過量二氧化碳會生成氫氧化鋁和碳酸氫鈉，即2H₂O+A1O₂^-+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃，
故答案為：2H₂O+A1O₂^-+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（5）用Fe為電極進(jìn)行電解生成Fe²⁺，作為還原劑還原Cr₂O₇^2-，而銅電極作陽極生成Cu²⁺不能還原Cr₂O₇^2-，故不用Cu電極來代替Fe電極，故答案為：不能；因陽極產(chǎn)生的Cu²⁺不能使Cr₂O₇^2-還原到低價(jià)態(tài)；
（6）根據(jù)題意消耗的m（Cr）=1000×1000×（104.5-0.5）=1.04×10⁸mg=1.04×10⁵g
則Cr的物質(zhì)的量是$\frac{1.04×10{\;}^{5}g}{52g/mol}$=2×10³mol，設(shè)Fe為xmol．
14H⁺+Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O
                          6      2
                          x      2×10³mol
則$\frac{6}{x}$=$\frac{2}{2×10{\;}^{3}mol}$  解得x=6×10³mol，所以m（Fe）=n•M=336×10³g=336kg，故答案為：336．

點(diǎn)評 本題是一道綜合知識題目，涉及實(shí)驗(yàn)操作，氧化還原反應(yīng)，電解池等，考查學(xué)生分析和解決問題的能力，難度較大．