Question

18．某工業(yè)廢水中含有一定$C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}$．含+6價格的污水會污染環(huán)境，常用的處理方法有兩種．
方法一：還原沉淀法
在一定條件下，$C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}$還原成Cr³⁺，再調(diào)節(jié)溶液的pH值，使Cr³⁺轉(zhuǎn)化為無毒的Cr（OH）₃沉淀除去，已知常溫下${K}_{sp}[Cr（OH）_{3}]=6.3×1{0}^{-31}$
（1）在酸性條件下，可選用FeSO₄來還原，則還原$1molC{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}$離子，需要6mol的FeSO₄•7H₂O．
（2）也可以選用Na₂S₂O₃溶液做還原劑，每消耗0.1molNa₂S₂O₃轉(zhuǎn)移0.8mole^-，寫出在酸性條件下發(fā)生的離子方程式3S₂O₃^2-+4Cr₂O₇^2-+26H⁺═6SO₄^2-+8Cr³⁺+13H₂O．
（3）調(diào)整溶液的pH=5時，通過列式計算說明溶液中Cr³⁺是否沉淀完全；Ksp[Cr（OH）₃]=c（Cr³⁺）•（OH^-）³=c（Cr³⁺）•（10^-9）³=6.3×10^-31，解之得c（Cr³⁺）=6.3×10^-4＞10^-5，所以沒有沉淀完全（離子濃度小于1×10^-5mol•L^-1S時，即可認為該離子沉淀完全）
方法二：電解法
該方法用Fe做電極電解含$C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}$的酸性廢水，隨著電解進行，在陰極附近溶液的pH升高，產(chǎn)生Cr（OH）₃沉淀除去．
（4）寫出陽極區(qū)的總反應(yīng)方程式：Cr₂O₇^2-+6Fe-12e^-+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O．
（5）在陰極附近，溶液pH升高的原因是（用電極反應(yīng)解釋）2H⁺+2e^-=H₂↑，溶液中同時生成的沉淀還有Fe（OH）₃．
（6）維持電流強度為0.5A，電池工作5分鐘，理論上除去Na₂Cr₂O₇0.009mol（已知F=96500C•mol^-1）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子守恒來計算，n（Cr₂O₇^2-）×6=n（FeSO₄•7H₂O）×1；
（2）每消耗0.1mol Na₂S₂O₃轉(zhuǎn)移0.8mol e^-，Na₂S₂O₃ ～2SO₄^2-～8e^-，Cr₂O₇^2-～2Cr³⁺～6e^-，依據(jù)氧化還原反應(yīng)電子守恒分析配平書寫氧化還原反應(yīng)的離子方程式；
（3）根據(jù)Ksp[Cr（OH）₃]=c（Cr³⁺）•（OH^-）³，來計算鉻離子的濃度是否小于10^-5mol/L；
（4）用Fe做電極進行電解，陽極發(fā)生Fe-2e^-=Fe²⁺，生成的亞鐵離子與Cr₂O₇^2-發(fā)生氧化還原反應(yīng)被還原為Cr³⁺然后生成Cr（OH）₃沉淀除去；
（5）陰極氫離子得電子生成氫氣，所以溶液pH升高，同時生成鐵離子也轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀；
（6）根據(jù)Q=It和n=$\frac{Q}{F}$結(jié)合除去1molNa₂Cr₂O₇需6mol電子解答．

解答 解：（1）根據(jù)電子得失守恒：n（Cr₂O₇^2-）×6=n（FeSO₄•7H₂O）×1，n（FeSO₄•7H₂O）=$\frac{1mol×6}{1}$=6mol，
故答案為：6；
（2）每消耗0.1mol Na₂S₂O₃轉(zhuǎn)移0.8mol e^-，Na₂S₂O₃ ～2SO₄^2-～8e^-，Cr₂O₇^2-～2Cr³⁺～6e^-，依據(jù)氧化還原反應(yīng)電子守恒配平書寫，3Na₂S₂O₃ ～6SO₄^2-～24e^-，4Cr₂O₇^2-～8Cr³⁺～24e^-，得到的氧化還原反應(yīng)的離子方程式為3S₂O₃^2-+4Cr₂O₇^2-+26H⁺═6SO₄^2-+8Cr³⁺+13H₂O；
故答案為：3S₂O₃^2-+4Cr₂O₇^2-+26H⁺═6SO₄^2-+8Cr³⁺+13H₂O；
（3）pH=5時，C（OH^-）=10^-9mol/L，Ksp[Cr（OH）₃]=c（Cr³⁺）•（OH^-）³=c（Cr³⁺）•（10^-9）³=6.3×10^-31，解之得c（Cr³⁺）=6.3×10^-4＞10^-5，所以沒有沉淀完全，
故答案為：Ksp[Cr（OH）₃]=c（Cr³⁺）•（OH^-）³=c（Cr³⁺）•（10^-9）³=6.3×10^-31，解之得c（Cr³⁺）=6.3×10^-4＞10^-5，所以沒有沉淀完全；
（4）用Fe做電極進行電解，陽極發(fā)生Fe-2e^-=Fe²⁺，生成的亞鐵離子與Cr₂O₇^2-發(fā)生氧化還原反應(yīng)Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，被還原為Cr³⁺生成Cr（OH）₃沉淀除去，所以陽極區(qū)的總反應(yīng)方程式為：Cr₂O₇^2-+6Fe-12e^-+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
故答案為：Cr₂O₇^2-+6Fe-12e^-+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；
（5）陰極氫離子得電子生成氫氣，電極反應(yīng)式為：2H⁺+2e^-=H₂↑，同時生成鐵離子也轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀，
故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑；Fe（OH）₃；
（6）Q=It=0.5A×5×60s=150C，n=$\frac{Q}{F}$=$\frac{150}{96500}$mol，除去1molNa₂Cr₂O₇需6mol電子，理論上除去Na₂Cr₂O₇的物質(zhì)的量為：$\frac{150}{\frac{96500}{6}}$mol≈0.009mol，
故答案為：0.009．

點評 本題主要考查了鉻及其化合物的性質(zhì)、氧化還原反應(yīng)、沉淀溶解平衡和電化學(xué)知識等內(nèi)容，題目難度中等，抓住題目信息是解題的關(guān)鍵．