Question

2．某工业废水中含有一定量的Cr₂O₇^2-，含+6价铬的污水污染环境，常用的处理方法有两种．
方法一：还原沉淀法
在一定条件下把Cr₂O₇^2-还原成Cr³⁺，再调节溶液的pH值，使Cr³⁺转化成无毒的Cr（OH）₃沉淀除去．已知常温下，K_sp[Cr（OH）₃]=6.3×10^-31．
（1）在酸性条件下，可选用FeSO₄来还原，则还原1molCr₂O₇^2-离子，需要6mol的FeSO₄•7H₂O．
（2）也可以选用Na₂S₂O₃溶液作还原剂，每消耗0.1molNa₂S₂O₃转移0.8mole^-，写出在酸性条件下发生反应的离子方程式：3S₂O₃^2-+4Cr₂O₇^2-+26H⁺═6SO₄^2-+8Cr³⁺+13H₂O．
（3）调节溶液的pH=5时，通过列式计算说明溶液中的Cr³⁺是否沉淀完全：c（Cr³⁺）•（10^-9）³=6.3×10^-31，解之得c（Cr³⁺）=6.3×10^-4＞10^-5（离子浓度小于1×10^-5mol•L^-1时，即可认为该离子沉淀完全）．
方法二：该方法用Fe作电极点解Cr₂O₇^2-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：Fe-2e^-=Fe²⁺．
（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Na₂Cr₂O₇0.0003mol（已知F=96500C•mol^-1）

Answer 1

分析 （1）该反应中Fe元素化合价由+2价变为+3价、Cr元素化合价由+6价变为+3价，根据转移电子守恒计算消耗绿矾物质的量；
（2）每消耗0.1mol Na₂S₂O₃转移0.8mol e^-，根据电子转移守恒，可知S₂O₃^2-被氧化生成SO₄^2-，而Cr₂O₇^2-离子被还原为Cr³⁺离子，配平书写离子方程式；
（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）Fe作电极电解Cr₂O₇^2-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，则应该用Fe作阳极；
（5）溶液中氢离子在阴极放电生成氢气，导致阴极附近氢离子浓度降低；亚铁离子被氧化生成Fe³⁺，Fe³⁺和OH^-反应生成Fe（OH）₃沉淀；
（6）持电流强度为0.5A，电池工作五分钟，则电量为0.5A×300s=150C，转移电子的物质的量=$\frac{150C}{96500C/mol}$，Cr元素化合价由+6价变为+3价，据此计算．

解答 解：（1）该反应中Fe元素化合价由+2价变为+3价、Cr元素化合价由+6价变为+3价，根据转移电子守恒计算消耗n（FeSO₄•7H₂O）=$\frac{1mol×2×（6-3）}{3-2}$=6mol，故答案为：6；
（2）每消耗0.1mol Na₂S₂O₃转移0.8mol e^-，根据电子转移守恒，可知S₂O₃^2-被氧化生成SO₄^2-，而Cr₂O₇^2-离子被还原为Cr³⁺离子，配平可得离子方程式为：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，（OH^-）=10^-9mol/L，所以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：c（Cr³⁺）•（10^-9）³=6.3×10^-31，解之得c（Cr³⁺）=6.3×10^-4＞10^-5；
（4）Fe作电极电解Cr₂O₇^2-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，则应该用Fe作阳极，阳极上Fe失电子生成亚铁离子，电极反应式为Fe-2e^-=Fe²⁺，
故答案为：Fe-2e^-=Fe²⁺；
（5）溶液中氢离子在阴极放电生成氢气，导致阴极附近氢离子浓度降低，溶液的pH升高，电极反应式为2H⁺+2e^-=H₂ ↑；亚铁离子被氧化生成Fe³⁺，Fe³⁺和OH^-反应生成Fe（OH）₃沉淀，
故答案为：2H⁺+2e^-=H₂ ↑；Fe（OH）₃；
（6）持电流强度为0.5A，电池工作五分钟，则电量为0.5A×300s=150C，转移电子的物质的量=$\frac{150C}{96500C/mol}$，Cr元素化合价由+6价变为+3价，则理论上除去n（Na₂Cr₂O₇）=$\frac{\frac{150C}{96500C/mol}}{2×3}$-0.0003mol，
故答案为：0.0003．

点评 本题考查氧化还原反应计算、电解原理、物质分离和提纯等知识点，为高频考点，侧重考查学生分析计算能力，明确氧化还原反应中转移电子守恒是解本题关键，题目难度不大．