Question

3．铬（Ⅵ）的化合物是有毒物，已知Cr（Ⅲ）盐的毒性只有Cr（Ⅵ）盐的0.5%，所以将废水中Cr（Ⅵ）转化为Cr（Ⅲ）是处理Cr（Ⅵ）废水的方向．某铬盐厂生产过程中排出含Cr₂O₇^2-的工业酸性废水．为防止污染环境，现采用下列两种方法进行处理后再排出．
方法一：化学法
用FeSO₄•7H₂O处理含铬废水的优点是经过加配料比后可用最终的产物制备铁氧体复合氧化物（用Cr_x³⁺Fe_2-xFe²⁺O₄表示）的原料．
（1）在利用化学法处理时，FeSO₄把废水中Cr₂O₇^2-还原的离子方程式为Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+7H₂O+6Fe³⁺．
（2）在pH＜4的含铬（VI）废水中，加入FeSO₄•7H₂O的质量应为废水中CrO₃质量的倍，才能使得到的固体产物符合铁氧体复合氧化物的组成．而在实际操作中一般要大于 （填“大于”、“小于”）这个比例，原因为因绿矾易被氧化，故实际用量比理论值大．
方法二：电解法的工艺流程如下

在整个处理过程中，Cr₂O₇^2-被还原为Cr³⁺，溶液的pH值逐渐升高，最后滤出的沉淀有Cr（OH）₃和Fe（OH）₃，试分析这个污水处理过程，回答：
（3）加入适量食盐的作用为加入少量食盐，是增加污水中离子浓度，增强导电能力，选择Fe做电极的原因是生成的亚铁离子为还原剂，在酸性溶液中与Cr₂O₇^2-离子发生氧化还原反应使Cr₂O₇^2-离子被还原成Cr³⁺．
（4）随着电解和溶液中反应的进行，阴极区溶液pH变大（填“变大”、“变小”），鼓入空气的原因是在处理过程中鼓入空气中的O₂充分与Fe（OH）₂反应，成为容易分离得Cr（OH）₃、Fe（OH）₃，使废水含铬量降到可排放标准．
（5）电解过程中当H⁺浓度小到一定程度时，便会析出Cr（OH）₃、Fe（OH）₃沉淀，已知常温    下，Cr（OH）₃的溶度积Ksp=10^-32，要使c（Cr³⁺）降至l0^-5mol/L，溶液的pH应至少为5．

Answer 1

分析 方法一：化学法
（1）在利用化学法处理时，FeSO₄把废水中Cr₂O₇^2-还原成Cr³⁺，而亚铁离子被氧化成铁离子，根据元素守恒和电荷守恒书写离子方程式；
（2）在化学法处理时，根据电子得失守恒可知关系式3FeSO₄•7H₂O～CrO₃，据此可计算加入FeSO₄•7H₂O的质量与废水中CrO₃质量的关系，由于FeSO₄•7H₂O中亚铁离子易被空气中氧气氧化，所以在使用时FeSO₄•7H₂O要适当过量；
方法二：电解法的工艺流程：在含有Cr₂O₇^2-的工业酸性废水中加入氯化钠，以达到增强导电性的目的，用铁作阳极电解，阳极上铁放电生成亚铁离子，亚铁离子再还原Cr₂O₇^2-生成Cr³⁺，溶液的pH值逐渐升高，溶液中铁离子和铬离子生成Cr（OH）₃、Fe（OH）₃沉淀，而达到处理污水的目的，为使溶液中部分Fe（OH）₂能生成氢氧化铁沉淀，可以通入空气，以达到除铁的目的，根据Ksp=c（Cr³⁺）•c³（OH^-）可计算出要使c（Cr³⁺）降至l0^-5mol/L，溶液的pH值，据此答题．

解答 解：方法一：化学法
（1）在利用化学法处理时，FeSO₄把废水中Cr₂O₇^2-还原成Cr³⁺，而亚铁离子被氧化成铁离子，反应的离子方程式为Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+7H₂O+6Fe³⁺，
故答案为：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+7H₂O+6Fe³⁺；
（2）在化学法处理时，根据电子得失守恒可知关系式3FeSO₄•7H₂O～CrO₃，所以加入FeSO₄•7H₂O的质量与废水中CrO₃质量的比值为$\frac{3×（152+126）}{100}$=8.34，由于FeSO₄•7H₂O中亚铁离子易被空气中氧气氧化，所以在使用时FeSO₄•7H₂O要适当过量，要大于理论用量，
故答案为：8.34；大于；因绿矾易被氧化，故实际用量比理论值大；
方法二：电解法的工艺流程：在含有Cr₂O₇^2-的工业酸性废水中加入氯化钠，以达到增强导电性的目的，用铁作阳极电解，阳极上铁放电生成亚铁离子，亚铁离子再还原Cr₂O₇^2-生成Cr³⁺，溶液的pH值逐渐升高，溶液中铁离子和铬离子生成Cr（OH）₃、Fe（OH）₃沉淀，而达到处理污水的目的，为使溶液中部分Fe（OH）₂能生成氢氧化铁沉淀，可以通入空气，以达到除铁的目的，根据Ksp=c（Cr³⁺）•c³（OH^-）可计算出要使c（Cr³⁺）降至l0^-5mol/L，溶液的pH值，
（3）根据上面的分析可知，加入适量食盐的作用为 增加污水中离子浓度，增强导电能力，选择Fe做阳极，生成的亚铁离子为还原剂，在酸性溶液中与Cr₂O₇^2-离子发生氧化还原反应使Cr₂O₇^2-离子被还原成Cr³⁺，
故答案为：增加污水中离子浓度，增强导电能力；阳极；生成的亚铁离子为还原剂，在酸性溶液中与Cr₂O₇^2-离子发生氧化还原反应使Cr₂O₇^2-离子被还原成Cr³⁺；
（4）在电解过程中，阴极发生的反应为2H⁺+2e^-=H₂↑，所以随着电解和溶液中反应的进行，阴极区溶液pH 变大，鼓入空气的原因是在处理过程中鼓入空气中的O₂充分与Fe（OH）₂反应，成为容易分离得Cr（OH）₃、Fe（OH）₃，使废水含铬量降到可排放标准，
故答案为：；在处理过程中鼓入空气中的O₂充分与Fe（OH）₂反应，成为容易分离得Cr（OH）₃、Fe（OH）₃，使废水含铬量降到可排放标准；
（5）要使c（Cr³⁺）降至l0^-5mol/L，根据Ksp=c（Cr³⁺）•c³（OH^-）可知，c（OH^-）=$\root{3}{\frac{Ksp}{c（Cr{\;}^{3+}）}}$=$\root{3}{\frac{10{\;}^{-32}}{l0{\;}^{-5}}}$=10^-9 mol/L，所以pH=5，
故答案为：5．

点评 本题以工业废水处理为载体，考查氧化还原反应、离子反应、电解池原理、沉淀溶解平衡的计算等，难度中等，关键根据实验流程利用氧化还原反应判断发生的离子反应，是对学生综合能力的考查．