Question

含铬废水主要含Cr₂O₇^2-，目前处理方法有沉淀法、铁氧体法、电解法等．一种改进的铁氧体法（GT-铁氧体法）原理是：在废水中加入Fe³⁺，然后将含Fe³⁺的部分废水通过装有铁屑的反应塔充分反应后，再与其余原废水在强酸性混合反应池中混合足够长时间后，在常温下加碱，数分钟后即生成黑棕色的铁氧体．GT-铁氧体法除铬的部分化学反应方程式如下：
Fe²⁺+2Fe³⁺+8OH^-→FeO．Fe₂O₃+4H₂O；
FeO．Fe₂O₃+Cr³⁺→Fe³⁺{Fe²⁺．Fe³⁺_1-x．Cr³⁺_x}O₄，0＜x≤1（未配平）．
GT-铁氧体法流程如图1所示．

试回答下列问题
（1）上述流程中Cr₂O₇^2-与Fe²⁺只在强酸性的“混合反应池”中反应，其离子方程式为：

 

．
（2）形成铁氧体的关键是要保证混合反应池中加碱前Fe³⁺与Fe²⁺的比值为2：1，这样出水质量和反应生成的铁氧体沉淀效果都较好．经检测某次实验选用的废水中Cr₂O₇^2-的浓度为cmol/L，加入一定量FeCl₃后，使溶液中铁与铬的物质的量之比为20：1，则GT-铁氧体法中进入还原塔（铁屑）的废水约为总废水量的

 

（选填序号）．
a．5%～10% 　　 b．10%～20%  　　　c． 25%～40%
（3）GT-铁氧体法中开始时要检测废水中Cr₂O₇^2-的浓度，其目的是：

 

．
（4）铁氧体形成条件中溶液的pH值也很重要，废液中铬残留量与pH的关系如图2所示．如果pH值控制不当，形成的铁氧体结构就不紧密，这样处理液达不到国家排放标准（铬残留量小于0.5mg/L），你认为沉淀池中pH控制最好为：

 

．
（5）处理含铬的酸性废水也可用电解法：先在废水中加入一定量的食盐，然后用石墨和铁电极电解，最终形成沉淀法除去．电解时阳极的电极反应式为：

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,制备实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：（1）Fe²⁺具有还原性，可与Cr₂O₇^2-+发生氧化还原反应生成Fe³⁺和Cr³⁺；
（2）设废水中含Cr₂O₇^2-为cmol，进入还原塔（铁屑）的废水约为总废水量为x，则进入反应塔的Cr₂O₇^2-为xc，未进入的Cr₂O₇^2-为c-xc，铁与铬的物质的量之比为20：1，所以氯化铁的物质的量为40c，进入反应塔的氯化铁为40xc，未进入的为40（c-xc），
在反应塔中发生反应：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺
                      40xc 60xc
6Fe²⁺～Cr₂O₇^2-～6Fe³⁺
6c     c       6c
保证反应池中加碱前Fe³⁺与Fe²⁺的比值为2：1计算x，关系较复杂，如图所示：
；
（3）从（2）可看出，要保证最佳处理效果，需确定加入FeCl₃的量及进入还原塔的废水与总废水量的比值；
（4）根据废液中铬残留量与pH的关系如图2进行判断；
（5）用Fe做电极进行电解，阳极发生Fe-2e^-=Fe²⁺，生成的亚铁离子与Cr₂O₇^2-发生氧化还原反应被还原为Cr³⁺然后生成Cr（OH）₃沉淀除去，以此来解答．

解答： 解：（1）Fe²⁺具有还原性，可与Cr₂O₇^2-+发生氧化还原反应生成Fe³⁺和Cr³⁺，
反应的离子方程式为6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，
故答案为：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O；
（2）设废水中含Cr₂O₇^2-为cmol，进入还原塔（铁屑）的废水约为总废水量为x，则进入反应塔的Cr₂O₇^2-为xc，未进入的Cr₂O₇^2-为c-xc，铁与铬的物质的量之比为20：1，所以氯化铁的物质的量为40c，进入反应塔的氯化铁为40xc，未进入的为40（c-xc），
在反应塔中发生反应：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺
40xc 60xc
6Fe²⁺～Cr₂O₇^2-～6Fe³⁺
6c c 6c
保证反应池中加碱前Fe³⁺与Fe²⁺的比值为2：1，得出

40(c-xc)+6c

60xc-6c

=

2

1

x=0.375；故选c；
（3）从（2）可看出，要保证最佳处理效果，需确定加入FeCl₃的量及进入还原塔的废水与总废水量的比值；
故答案为：确定加入FeCl₃的量，及进入还原塔的废水与总废水量的比值；
（4）根据废液中铬残留量与pH的关系如图2进行可知，铬残量在pH大于8，随pH增大而增大，小于7，随pH减小而增大，在7-8之间最小；
故答案为：7.7；
（5）Fe为阳极，则阳极反应为Fe-2e^-=Fe²⁺，溶液中氢离子在阴极放电生成氢气，则阴极反应为2H⁺+2e^-=H₂ ↑，生成的亚铁离子与Cr₂O₇^2-发生氧化还原反应被还原为Cr³⁺，故答案为：Fe-2e^-=Fe²⁺．

点评：本题考查了废水的净化，难度较大．对于（2）问，要明确反应原理及各量之间的关系，是解题的关键，要充分利用题给数据解题．本题中所给铬氧体生成的反应方程式较复杂，与解题无关，不要纠缠于是否配平及如何确定铬的大小，易进入解题误区．