Question

11．電鍍廠鍍銅廢水中含有CN^-和Cr₂O${\;}_{7}^{2-}$，需要處理達標后才能排放．該廠擬定下列流程進行廢水處理：

回答下列問題：
（1）上述處理廢水流程中主要使用的方法是氧化-還原法．Ⅲ
（2）②中反應(yīng)后無氣體放出，該反應(yīng)的離子方程式為CN^-+ClO^-═CNO^-+Cl^-．
（3）步驟③中，每處理0.4mol Cr₂O${\;}_{7}^{2-}$時轉(zhuǎn)移電子2.4mol，該反應(yīng)的離子方程式為3S₂O₃^2-+4Cr₂O₇^2-+26H⁺═6SO₄^2-+8Cr³⁺+13H₂O．
（4）取少量待測水樣于試管中，加入NaOH溶液，觀察到有藍色沉淀生成，再加Na₂S溶液，藍色沉淀轉(zhuǎn)化成黑色沉淀，請使用化學用語和文字解釋產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因：因為待檢水樣中還有Cu²⁺，K_sp（CuS）＜K_sp[Cu（OH）₂]，所以Cu²⁺+2OH^-═Cu（OH）₂↓再加Na₂S溶液，藍色沉淀轉(zhuǎn)化成黑色沉淀Cu（OH）₂（s）+S^2-（aq）═CuS（s）+2OH^-（aq）；．
（5）目前處理酸性Cr₂O${\;}_{7}^{2-}$廢水多采用鐵氧磁體法．該法是向廢水中加入FeSO₄•7H₂O，將Cr₂O${\;}_{7}^{2-}$還原成Cr³⁺，調(diào)節(jié)pH，F(xiàn)e、Cr轉(zhuǎn)化成相當于Fe^Ⅱ[Fe${\;}_{x}^{Ⅲ}$Cr${\;}_{2-x}^{Ⅲ}$]O₄（鐵氧磁體，羅馬數(shù)字表示元素價態(tài)）的沉淀．處理1mol Cr₂O${\;}_{7}^{2-}$，需加入a mol FeSO₄•7H₂O，下列結(jié)論正確的是D．
A．x=0.5，a=8   B．x=0.5，a=10
C．x=1.5，a=8  D．x=1.5，a=10．

Answer 1

分析 流程分析含CN^-廢水調(diào)整溶液PH加入NaClO溶液，氧化CN^-離子反應(yīng)生成CNO^-的廢水，含Cr₂O₇^2-的廢水調(diào)整溶液PH加入Na₂S₂O₃發(fā)生氧化還原反應(yīng)得到含硫酸根離子的廢水，和含CNO^-的廢水繼續(xù)處理得當待測水樣；
（1）從流程分析物質(zhì)的轉(zhuǎn)化關(guān)系和試劑選擇分析所用方法，廢水的處理方法有沉淀法、吸附法、中和法、混凝法、氧化還原法等．由上述流程圖中反應(yīng)②和反應(yīng)③加入的試劑并對比反應(yīng)前后的物質(zhì)，可以發(fā)現(xiàn)兩個反應(yīng)均為氧化還原反應(yīng)，故上述處理廢水的主要方法是氧化還原法；
（2）堿性條件下，CN^-離子與NaClO發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成CNO^-、Cl^-離子，反應(yīng)物為CN^-和NaClO，生成物有CNO^-，即CN^-生成CNO^-，相當于C由+2價升高至+4價，那么根據(jù)氧化還原反應(yīng)得失電子守恒可知，ClO^-在反應(yīng)中元素化合價降低，題目提示無氣體生成，故其中的+1價Cl轉(zhuǎn)化為Cl^-，據(jù)此寫出離子方程式；
（3）利用每0.4molCr₂O₇^2-轉(zhuǎn)移2.4mol的電子來計算被還原后Cr元素的化合價，由反應(yīng)物S₂O₃^2-轉(zhuǎn)化為生成物SO₄^2-可知，Cr₂O₇^2-被還原，其中Cr元素化合價降低，設(shè)Cr₂O₇^2-被還原后Cr的化合價為+n，則有關(guān)系：1：2×（6-n）=0.4：2.4，所以n=3，即Cr₂O₇^2-被還原為Cr³⁺，再書寫離子方程式；
（4）根據(jù)銅離子與氫氧根離子反應(yīng)生成沉淀及沉淀的轉(zhuǎn)化來分析，先生成Cu（OH）₂沉淀，加入Na₂S后，Cu（OH）₂沉淀轉(zhuǎn)化為CuS沉淀．這是因為Cu（OH）₂的溶解度比CuS的溶解度大；
（5）根據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子數(shù)相等，再結(jié)合原子守恒進行計算，生成鐵氧磁體的物質(zhì)的量為$\frac{2}{2-x}$ mol，根據(jù)得失電子守恒有$\frac{2}{2-x}$×x=6，得x=1.5．

解答 解：（1）從流程看，CN^-轉(zhuǎn)化為CNO^-，化合價升高被氧化劑氧化，Cr₂O₇^2-轉(zhuǎn)化為Cr³⁺化合價降低，故還原劑還原，故采用方法為氧化-還原法；
故答案為：氧化-還原法；
（2）步驟②中，無氣體放出，CN^-被ClO^-氧化為CNO^-，則因為是在堿性環(huán)境中，故ClO^-只能被還原為Cl^-，反應(yīng)式為：CN^-+ClO^-═CNO^-+Cl^-；
故答案為：CN^-+ClO^-═CNO^-+Cl^-；
（3）每0.4molCr₂O₇^2-轉(zhuǎn)移2.4mol的電子，設(shè)還原后Cr元素的化合價為x，則0.4mol×2×（6-x）=2.4mol，解得x=+3，則離子反應(yīng)為3S₂O₃^2-+4Cr₂O₇^2-+26H⁺═6SO₄^2-+8Cr³⁺+13H₂O，
故答案為：3S₂O₃^2-+4Cr₂O₇^2-+26H⁺═6SO₄^2-+8Cr³⁺+13H₂O；
（4）待檢水樣中還有Cu²⁺，加堿銅離子與氫氧根離子反應(yīng)Cu²⁺+2OH^-═Cu（OH）₂↓，CuS比Cu（OH）₂更難溶，則加入Na₂S溶液能發(fā)生Cu（OH）₂（s）+S^2-（aq）═CuS（s）+2OH^-（aq），使沉淀向更難溶方向轉(zhuǎn)化，
故答案為：因為待檢水樣中還有Cu²⁺，K_sp（CuS）＜K_sp[Cu（OH）₂]，所以Cu²⁺+2OH^-═Cu（OH）₂↓再加Na₂S溶液，藍色沉淀轉(zhuǎn)化成黑色沉淀Cu（OH）₂（s）+S^2-（aq）═CuS（s）+2OH^-（aq）；
（5）處理1mol Cr₂O₇^2-，需加入a mol FeSO₄•7H₂O，根據(jù)鉻原子守恒得，1mol Cr₂O₇2-完全反應(yīng)后生成 $\frac{2}{2-x}$molFe^Ⅱ[Fe^Ⅲ_x•Cr^Ⅲ_2-x]O₄，根據(jù)鐵原子守恒得amol=$\frac{2（1+x）}{2-x}$mol①，該反應(yīng)中得失電子數(shù)相等，1mol×2×3=$\frac{2}{2-x}$mol×（3-2）×x，解得x=1.5，將x=1.5代入①得a=10，
故答案為：D．

點評 本題考查了氧化還原反應(yīng)，沉淀溶解平衡知識，注重了化學與實際生產(chǎn)的聯(lián)系，學生應(yīng)學會利用物質(zhì)的性質(zhì)、得失電子守恒和原子守恒計算等來解答，題目難度中等．