Question

．（16分）欲降低廢水中重金屬元素鉻的毒性，可將Cr₂O₇^2-轉化為Cr(OH)₃沉淀除去。三種金屬離子生成沉淀的pH如表。

	開始沉淀的pH	完全沉淀的pH
Fe(OH)2	7.0	9.0
Fe(OH)3	1.9	3.2
Cr(OH)3	6.0	8.0

 
（1）某含鉻廢水處理的主要流程如下圖所示：

①初沉池中加入明礬作沉降劑，其作用的原理是（用離子方程式表示）           。
②請補充并配平以下反應池中發生主要反應的離子方程式：
  Cr₂O₇^2-+  HSO₃^-+    ==   Cr³⁺+   SO₄^2-+    H₂O。
③根據“沉淀法”和“中和法”的原理，向沉淀池中加入NaOH溶液，此過程中發生主要反應的離子方程式是：H⁺+OH^-=H₂O和                        。證明Cr³⁺沉淀完全的方法是                           。
（2）工業可用電解法來處理含Cr₂O₇^2-廢水。實驗室利用如圖模擬處理含Cr₂O₇^2-的廢水，陽極反應是Fe-2e^-=Fe²⁺，陰極反應式是2H⁺+2e^-=H₂↑。

①Fe²⁺與酸性溶液中的Cr₂O₇^2-反應的離子方程式是                             ，
②上述反應得到的金屬陽離子在陰極區可沉淀完全，從其對水的電離平衡角度解釋其原因            
                   。
③若溶液中含有0.01mol Cr₂O₇^2-，則陽離子全部生成沉淀的物質的量是_______mol。

Answer 1

32．（16分）
（1）（8分）①Al³⁺+3H₂OAl(OH)₃+3H⁺（2分，化學式、系數各1分）
② 1 Cr₂O₇^2-+ 3 HSO₃^-+ 5H⁺ = 2 Cr³⁺+ 3 SO₄^2-+ 4 H₂O（2分。寫出H⁺1分，系數全部正確1分）
③Cr³⁺+ 3OH^-=Cr(OH)₃↓（2分，化學式、系數各1分） 取沉淀后的上層清液測定其pH（1分），若pH≥8，則沉淀完全（1分）
（2）（8分）①Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O（3分，化學式2分，系數1分）  ②水中的H⁺在陰極區放電（1分），H⁺濃度減小促使水的電離平衡向右移動（1分），OH^-濃度增大與金屬陽離子在陰極區結合而沉淀完全（1分）  ③0.08（2分。說明：含鉻和鐵兩種氫氧化物沉淀）

試題分析： （1）①明礬是含有12個結晶水的KAl(SO4)2,該物質可做凈水劑，此處加入該物質主要是利用其中的鋁離子水解使溶液呈酸性，同時生成的氫氧化鋁吸附雜質沉淀起到沉降雜質凈化溶液的目的，所以此處考查的是鋁離子的水解反應方程式，Al³⁺+3H₂OAl(OH)₃+3H⁺ 。
②此氧化還原反應中Cr₂O₇^2- 中鉻的化合價+6→+3，HSO₃^- 中的S的化合價+4→+6，所以根據電子守恒配平發生化合價變化的的物質的，然后根據方程式前面少O的原則，前面所缺項應為H+，所以再根據電荷守恒配平方程式得1 Cr₂O₇^2-+ 3 HSO₃^-+ 5H⁺ = 2 Cr³⁺+ 3 SO₄^2-+ 4 H₂O。
③題中流程可以看出，向沉淀池中加入氫氧化鈉是為了沉淀得到Cr(OH)₃ ，因此題干中所謂的沉淀法和中和法，主要是加入氫氧化鈉能夠首先中和溶液中的H+，其次能與溶液中的Cr3+結合生成Cr(OH)₃ 沉淀，因此此處發生的反應離子方程式除了H⁺+OH^-=H₂O外，還有Cr³⁺+ 3OH^-=Cr(OH)₃↓。若要證明Cr³⁺沉淀完全，則可以根據表中給的數據，Cr³⁺沉淀完全時的pH值等于8.0，若Cr³⁺沉淀完全，則用pH計可以測得溶液的pH值為8.0。
（2）①Fe²⁺ 具有還原性，酸性溶液中的Cr₂O₇^2- 強氧化性，二者容易發生氧化還原反應，因為此處是在處理酸性溶液中的Cr₂O₇^2- ，因此此出也是利用上題的沉淀法把Cr₂O₇^2-還原+3,價，然后沉淀除去，所以此反應的方程式為Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O。
②該電解反應的陽極鐵電極主要發生氧化反應溶解產生亞鐵離子還原Cr₂O₇^2- ，而陰極則主要是溶液中水電離的H+得到電子被還原，所以由于溶液中水電離的H+反應了，H⁺濃度減小水的電離平衡右移，OH-濃度增大，與金屬陽離子Cr³⁺、Fe³⁺結合生成沉淀。
③根據①中反應的離子方程式可知，生成的金屬陽離子比例關系是2Cr³⁺~6Fe³⁺ ，因此若含有0.01mol Cr₂O₇^2-，則會生成Cr³⁺ 0.02mol，Fe³⁺ 有0.06mol，因此總共會生成0.08mol的沉淀。