Question

18．某工业废水中含有一定$C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}$．含+6价格的污水会污染环境，常用的处理方法有两种．
方法一：还原沉淀法
在一定条件下，$C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}$还原成Cr³⁺，再调节溶液的pH值，使Cr³⁺转化为无毒的Cr（OH）₃沉淀除去，已知常温下${K}_{sp}[Cr（OH）_{3}]=6.3×1{0}^{-31}$
（1）在酸性条件下，可选用FeSO₄来还原，则还原$1molC{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}$离子，需要6mol的FeSO₄•7H₂O．
（2）也可以选用Na₂S₂O₃溶液做还原剂，每消耗0.1molNa₂S₂O₃转移0.8mole^-，写出在酸性条件下发生的离子方程式3S₂O₃^2-+4Cr₂O₇^2-+26H⁺═6SO₄^2-+8Cr³⁺+13H₂O．
（3）调整溶液的pH=5时，通过列式计算说明溶液中Cr³⁺是否沉淀完全；Ksp[Cr（OH）₃]=c（Cr³⁺）•（OH^-）³=c（Cr³⁺）•（10^-9）³=6.3×10^-31，解之得c（Cr³⁺）=6.3×10^-4＞10^-5，所以没有沉淀完全（离子浓度小于1×10^-5mol•L^-1S时，即可认为该离子沉淀完全）
方法二：电解法
该方法用Fe做电极电解含$C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}$的酸性废水，随着电解进行，在阴极附近溶液的pH升高，产生Cr（OH）₃沉淀除去．
（4）写出阳极区的总反应方程式：Cr₂O₇^2-+6Fe-12e^-+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O．
（5）在阴极附近，溶液pH升高的原因是（用电极反应解释）2H⁺+2e^-=H₂↑，溶液中同时生成的沉淀还有Fe（OH）₃．
（6）维持电流强度为0.5A，电池工作5分钟，理论上除去Na₂Cr₂O₇0.009mol（已知F=96500C•mol^-1）．

Answer 1

分析 （1）根据氧化还原反应中得失电子守恒来计算，n（Cr₂O₇^2-）×6=n（FeSO₄•7H₂O）×1；
（2）每消耗0.1mol Na₂S₂O₃转移0.8mol e^-，Na₂S₂O₃ ～2SO₄^2-～8e^-，Cr₂O₇^2-～2Cr³⁺～6e^-，依据氧化还原反应电子守恒分析配平书写氧化还原反应的离子方程式；
（3）根据Ksp[Cr（OH）₃]=c（Cr³⁺）•（OH^-）³，来计算铬离子的浓度是否小于10^-5mol/L；
（4）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；
（5）阴极氢离子得电子生成氢气，所以溶液pH升高，同时生成铁离子也转化为氢氧化铁沉淀；
（6）根据Q=It和n=$\frac{Q}{F}$结合除去1molNa₂Cr₂O₇需6mol电子解答．

解答 解：（1）根据电子得失守恒：n（Cr₂O₇^2-）×6=n（FeSO₄•7H₂O）×1，n（FeSO₄•7H₂O）=$\frac{1mol×6}{1}$=6mol，
故答案为：6；
（2）每消耗0.1mol Na₂S₂O₃转移0.8mol e^-，Na₂S₂O₃ ～2SO₄^2-～8e^-，Cr₂O₇^2-～2Cr³⁺～6e^-，依据氧化还原反应电子守恒配平书写，3Na₂S₂O₃ ～6SO₄^2-～24e^-，4Cr₂O₇^2-～8Cr³⁺～24e^-，得到的氧化还原反应的离子方程式为3S₂O₃^2-+4Cr₂O₇^2-+26H⁺═6SO₄^2-+8Cr³⁺+13H₂O；
故答案为：3S₂O₃^2-+4Cr₂O₇^2-+26H⁺═6SO₄^2-+8Cr³⁺+13H₂O；
（3）pH=5时，C（OH^-）=10^-9mol/L，Ksp[Cr（OH）₃]=c（Cr³⁺）•（OH^-）³=c（Cr³⁺）•（10^-9）³=6.3×10^-31，解之得c（Cr³⁺）=6.3×10^-4＞10^-5，所以没有沉淀完全，
故答案为：Ksp[Cr（OH）₃]=c（Cr³⁺）•（OH^-）³=c（Cr³⁺）•（10^-9）³=6.3×10^-31，解之得c（Cr³⁺）=6.3×10^-4＞10^-5，所以没有沉淀完全；
（4）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Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，被还原为Cr³⁺生成Cr（OH）₃沉淀除去，所以阳极区的总反应方程式为：Cr₂O₇^2-+6Fe-12e^-+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
故答案为：Cr₂O₇^2-+6Fe-12e^-+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；
（5）阴极氢离子得电子生成氢气，电极反应式为：2H⁺+2e^-=H₂↑，同时生成铁离子也转化为氢氧化铁沉淀，
故答案为：2H⁺+2e^-=H₂↑；Fe（OH）₃；
（6）Q=It=0.5A×5×60s=150C，n=$\frac{Q}{F}$=$\frac{150}{96500}$mol，除去1molNa₂Cr₂O₇需6mol电子，理论上除去Na₂Cr₂O₇的物质的量为：$\frac{150}{\frac{96500}{6}}$mol≈0.009mol，
故答案为：0.009．

点评 本题主要考查了铬及其化合物的性质、氧化还原反应、沉淀溶解平衡和电化学知识等内容，题目难度中等，抓住题目信息是解题的关键．