Question

17．重金属元素铬的毒性较大，含铬废水需经处理达标后才能排放．
I．某工业废水中主要含有Cr³⁺，同时还含有少量的Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺和Mg²⁺等，
且酸性较强．为回收利用，通常采用如下流程处理：

注：部分阳离子常温下以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH见表．

氢氧化物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Mg（OH）2	Al（OH）3	Cr（OH）3
pH	3.7	9.6	11.1	8	9（＞9溶解）

（1）氧化过程中可代替H₂O₂的最佳试剂是A （填序号）．
A．Na₂O₂     B．FeCl₃     C．KMnO₄
（2）加入NaOH溶液调整溶液pH=8时，除去的离子是AB（填序号）；
已知钠离子交换树脂的原理：Mⁿ⁺+nNaR-→MR_n+nNa⁺，此步操作被交换除去的杂质离子是CD （填序号）．
A．Fe³⁺       B．Al³⁺       C．Ca²⁺       D．Mg²⁺
II．酸性条件下，六价铬主要以Cr₂O₇^2-形式存在，工业上常用电解法处理含Cr₂O₇^2-的废水：该法用Fe作电极电解含Cr₂O₇^2-的酸性废水，随着电解进行，在阴极附近溶液pH升高，产生Cr（OH）₃沉淀．
（3）电解时能否用Cu电极来代替Fe电极？不能 （填“能”或“不能”），理由是：因阳极产生的Cu²⁺不能使Cr₂O₇^2-还原到低价态
（4）电解时阳极附近溶液中Cr₂O₇^2-转化为Cr³⁺的离子方程式为：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺═6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O
（5）常温下，Cr（OH）₃的溶度积K_sp=1×10^-32，当溶液中的c（Cr³⁺）=10^-5 mol•L^-1时，pH=5．

Answer 1

分析 I．某工业废水中主要含有Cr³⁺，同时还含有少量的Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺和Mg²⁺等，加双氧水把亚铁离子氧化为铁离子，同时Cr³⁺被氧化为Cr₂O₇^2-，加氢氧化钠调节pH=8，则Fe³⁺、Al³⁺转化为氢氧化铁和氢氧化铝沉淀，过滤，滤液中主要含有Cr₂O₇^2-、Ca²⁺和Mg²⁺等，通过钠离子交换树脂，除去Ca²⁺和Mg²⁺，然后加Na₂S₂O₃把Cr₂O₇^2-还原为8Cr³⁺，再调节pH得到Cr（OH）（H₂O）₅SO₄，
（1）加氧化剂主要目的是把亚铁离子氧化为铁离子，注意不能引入新的杂质；
（2）根据表中数据判断；通过钠离子交换树脂，除去Ca²⁺和Mg²⁺；
II．（3）铜失去电子得到的阳离子是铜离子，该离子不具有还原性，不能和重铬酸根之间发生反应；
（4）Cr₂O₇^2-具有强氧化性，可以将亚铁离子氧化为铁离子，自身被还原为2Cr³⁺，据此书写方程式；
（5）根据溶度积常数以及水的离子积常数来进行计算．

解答 解：I．某工业废水中主要含有Cr³⁺，同时还含有少量的Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺和Mg²⁺等，加双氧水把亚铁离子氧化为铁离子，同时Cr³⁺被氧化为Cr₂O₇^2-，加氢氧化钠调节pH=8，则Fe³⁺、Al³⁺转化为氢氧化铁和氢氧化铝沉淀，过滤，滤液中主要含有Cr₂O₇^2-、Ca²⁺和Mg²⁺等，通过钠离子交换树脂，除去Ca²⁺和Mg²⁺，然后加Na₂S₂O₃把Cr₂O₇^2-还原为8Cr³⁺，再调节pH得到Cr（OH）（H₂O）₅SO₄，
（1）加氧化剂主要目的是把亚铁离子氧化为铁离子，同时不能引入新的杂质，所以可以用Na₂O₂代替H₂O₂，故答案为：A；
（2）根据表中数据可知，pH=8时，Fe³⁺、Al³⁺转化为氢氧化铁和氢氧化铝沉淀，则Fe³⁺、Al³⁺被除去；通过钠离子交换树脂，除去Ca²⁺和Mg²⁺；
故答案为：AB；CD；
II．（3）若用Cu电极来代替Fe电极，在阳极上铜失去电子得到的阳离子是铜离子，该离子不具有还原性，不能和重铬酸根之间发生反应，
故答案为：不能；因阳极产生的Cu²⁺不能使Cr₂O₇^2-还原到低价态；
（4）Cr₂O₇^2-具有强氧化性，可以将亚铁离子氧化为铁离子，自身被还原为2Cr³⁺，反应的实质是：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺═6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，
故答案为：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺═6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O；
（5）当c（Cr³⁺）=10^-5mol/L时，溶液的c（OH^-）=$\root{3}{\frac{1{0}^{-32}}{1{0}^{-5}}}$=10^-9 mol/L，
c（H⁺）═$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-9}}$=10^-5mol/L，pH=5，
即要使c（Cr³⁺）降至10^-5mol/L，溶液的pH应调至5，
故答案为：5．

点评 本题考查了物质分离提纯的操作及方法应用、电解原理、难溶物溶度积的计算等，题目难度较大，涉及的知识点较多，注意掌握电解原理、难溶物溶度积的概念及计算方法，试题培养了学生的分析、理解能力及化学计算能力．