Question

1．如圖為電解法處理含CN^-、Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-等有害離子的酸性廢水的示意圖，圖①處電解池中利用陽極產(chǎn)生的陽離子將Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-還原成Cr³⁺，經(jīng)分離有害金屬離子后，廢液經(jīng)④處電解池，將CN^-轉(zhuǎn)化為CO₃^2-和N₂而除去．根據(jù)信息回答下列問題：

（1）①④電解池的陰極會產(chǎn)生一種可燃?xì)怏w，該氣體是氫氣；步驟③使用稍過量的石灰，既完全沉淀Cr³⁺，又降低SO₄^2-的含量，由此可知殘渣2的成分為Cr（OH）₃和硫酸鈣
（2）步驟①中陽極的電極反應(yīng)式為Fe-2e^-=Fe²⁺，產(chǎn)生的陽離子還原Cr₂O₇^2-的離子方程式為Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O．
（3）步驟④的電解池中，陽極的電極反應(yīng)式為2CN^--12OH^--10e^-=2CO₃^2-+N₂↑+6H₂O．
（4）已知②溶液中所含Cr³⁺的濃度為0.6mol/L，為防止Fe（OH）₃殘渣中含有Cr（OH）₃，②所調(diào)節(jié)pH值應(yīng)小于4．[常溫下，Cr（OH）₃的溶度積常數(shù) K_sp=6×10^-31]
（5）最初廢水中CN^-的濃度為0.08mol/L，要完全處理1m³這種廢水，①④兩處電解池陰極得到氣體在標(biāo)況下的總體積至少為24.64m³（忽略整個過程溶液體積變化，各步反應(yīng)均完全，各電極只發(fā)生單一反應(yīng)且空氣不參加反應(yīng)）．

Answer 1

分析 酸性廢水以鐵作陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，此時的陰極發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣，陽極產(chǎn)生的亞鐵離子還原Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-生成Cr³⁺，本身被氧化成三價鐵離子，調(diào)節(jié)溶液的pH使鐵離子沉淀，然后過濾向濾液中加入過量的氧化鈣完全沉淀Cr³⁺，同時鈣離子與硫酸生成微溶的硫酸鈣，所以殘渣是Cr（OH）₃和硫酸鈣，最后用惰性電極電解含CN^-的堿性溶液，陽極是CN^-放電，轉(zhuǎn)化為CO₃^2-和N₂而除去，陰極是水電離產(chǎn)生的氫離子放電，生成氫氣，從而將有毒的CN^-而使酸性廢水達(dá)到排放的標(biāo)準(zhǔn)，由此解答．

解答 解：酸性廢水以鐵作陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，此時的陰極發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣，陽極產(chǎn)生的亞鐵離子還原Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-生成Cr³⁺，本身被氧化成三價鐵離子，調(diào)節(jié)溶液的pH使鐵離子沉淀，然后過濾向濾液中加入過量的氧化鈣完全沉淀Cr³⁺，同時鈣離子與硫酸生成微溶的硫酸鈣，所以殘渣是Cr（OH）₃和硫酸鈣，最后用惰性電極電解含CN^-的堿性溶液，陽極是CN^-放電，轉(zhuǎn)化為CO₃^2-和N₂而除去，陰極是水電離產(chǎn)生的氫離子放電，生成氫氣，從而將有毒的CN^-而使酸性廢水達(dá)到排放的標(biāo)準(zhǔn)，
（1）①④電解池的陰極都是氫離子放電產(chǎn)生一種可燃?xì)怏w是氫氣，該氣體是氫氣，步驟③使用稍過量的石灰，同時鈣離子與硫酸生成微溶的硫酸鈣，所以殘渣是Cr（OH）₃和硫酸鈣，故答案為：氫氣；Cr（OH）₃和硫酸鈣；
（2）步驟①中陽極是鐵失去電子變成亞鐵離子，電極反應(yīng)式為：Fe-2e^-=Fe²⁺，二價鐵離子有還原性，Cr₂O₇^2-有強(qiáng)氧化性，二者能發(fā)生氧化還原反應(yīng)，二價鐵離子被氧化成三價鐵離子，Cr₂O₇^2-被還原為Cr³⁺，反應(yīng)方程式為：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，故答案為：Fe-2e^-=Fe²⁺；Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；
（3）步驟④的電解池中，陽極是CN^-發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2CN^--12OH^--10e^-=2CO₃^2-+N₂↑+6H₂O，故答案為：2CN^--12OH^--10e^-=2CO₃^2-+N₂↑+6H₂O；
（4）Ksp=c（Cr³⁺）•c³（OH^-），c（OH^-）=$\root{3}{\frac{Ksp}{c（C{r}^{3+}）}}$=$\root{3}{\frac{6×1{0}^{-31}}{0.6}}$mol/L=10^-10mol/L，所以c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-10}}$mol/L=10^-4mol/L，所以pH=4，故答案為：4；
（5）根據(jù)電子轉(zhuǎn)移相等，②溶液中所含Cr³⁺的濃度為0.6mol/L，所以n（Cr³⁺）=600mol，根據(jù)Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，所以6e^-～2Cr³⁺～3H₂，則①生成V（H₂）=$\frac{600×3×22.4}{2}$L=20160L，根據(jù)電極2CN^--12OH^--10e^-=2CO₃^2-+N₂↑+6H₂O，最初廢水中CN^-的濃度為0.08mol/L，所以n（CN^-）=80mol，2CN^-～10e^-～5H₂，生成V（H₂）=$\frac{80×5×22.4}{2}$L=4480L，①④兩處電解池陰極得到氣體在標(biāo)況下的總體積至少為20160L+4480L=24.64m³，故答案為：24.64．

點評 本題考查物質(zhì)的分離、提純的實驗設(shè)計，為高考常見題型，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和實驗?zāi)芰Φ目疾�，題目以實驗形式考查電解原理及難溶電解質(zhì)的溶解平衡和沉淀轉(zhuǎn)化，注意信息與所學(xué)知識的結(jié)合來解答，并注意氧化還原反應(yīng)及圖表數(shù)據(jù)的應(yīng)用，題目難度中等．