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(jìn)行處理后再排出．
方法一：化學(xué)法
用FeSO₄•7H₂O處理含鉻廢水的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)過加配料比后可用最終的產(chǎn)物制備鐵氧體復(fù)合氧化物（用Cr_x³⁺Fe_2-xFe²⁺O₄表示）的原料．
（1）在利用化學(xué)法處理時(shí)，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(yīng)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(fù)合氧化物的組成．而在實(shí)際操作中一般要大于 （填“大于”、“小于”）這個(gè)比例，原因?yàn)橐蚓G礬易被氧化，故實(shí)際用量比理論值大．
方法二：電解法的工藝流程如下

在整個(gè)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(gè)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(qiáng)導(dǎo)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(yīng)使Cr₂O₇^2-離子被還原成Cr³⁺．
（4）隨著電解和溶液中反應(yīng)的進(jìn)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(yīng)，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(biāo)準(zhǔn)．
（5）電解過程中當(dāng)H⁺濃度小到一定程度時(shí)，便會(huì)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(yīng)至少為5．

Answer 1

分析 方法一：化學(xué)法
（1）在利用化學(xué)法處理時(shí)，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(xué)法處理時(shí)，根據(jù)電子得失守恒可知關(guān)系式3FeSO₄•7H₂O～CrO₃，據(jù)此可計(jì)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(shí)FeSO₄•7H₂O要適當(dāng)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(dá)到增強(qiáng)導(dǎo)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(dá)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(dá)到除鐵的目的，根據(jù)Ksp=c（Cr³⁺）•c³（OH^-）可計(jì)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(xué)法
（1）在利用化學(xué)法處理時(shí)，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(yīng)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(xué)法處理時(shí)，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(shí)FeSO₄•7H₂O要適當(dāng)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(shí)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(dá)到增強(qiáng)導(dǎo)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(dá)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(dá)到除鐵的目的，根據(jù)Ksp=c（Cr³⁺）•c³（OH^-）可計(jì)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(qiáng)導(dǎo)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(yīng)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(qiáng)導(dǎo)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(yīng)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(yīng)為2H⁺+2e^-=H₂↑，所以隨著電解和溶液中反應(yīng)的進(jìn)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(yīng)，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(biāo)準(zhǔn)，
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(yīng)，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(biāo)準(zhǔn)；
（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(diǎn)評(píng) 本題以工業(yè)廢水處理為載體，考查氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)、電解池原理、沉淀溶解平衡的計(jì)算等，難度中等，關(guān)鍵根據(jù)實(shí)驗(yàn)流程利用氧化還原反應(yīng)判斷發(fā)生的離子反應(yīng)，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查．