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如右表。

	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。實驗室利用如右下圖模擬處理含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

（1）（8分）①Al³⁺+3H₂OAl(OH)₃+3H⁺（2分）
② 1 Cr₂O₇^2-+ 3 HSO₃^-+ 5H⁺ = 2 Cr³⁺+ 3 SO₄^2-+ 4 H₂O（2分。寫出H⁺1分，系數正確1分）
③Cr³⁺+ 3OH^-＝Cr(OH)₃↓（2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）
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H₂OH⁺+OH^-向右移動（1分），陰極區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）

解析試題分析：（1）①明礬溶于水電離出的鋁離子水解生成氫氧化鋁晶體檢驗吸附性，可以作為凈水劑，反應的離子方程式為Al³⁺+3H₂OAl(OH)₃+3H⁺；
②根據方程式可知鉻元素的化合價從+6價降低到+3價得到3個電子，硫元素的化合價從+4價升高到+6價失去2個電子，所以根據電子得失守恒可知氧化劑與還原劑的物質的量之比是1:3。根據原子守恒可知反應前還有氫離子參加，因此反應后的方程式為1 Cr₂O₇^2-+ 3 HSO₃^-+ 5H⁺ = 2 Cr³⁺+ 3 SO₄^2-+ 4 H₂O。
③溶液中含有Cr³⁺，加入氫氧化鈉后生成氫氧化鉻沉淀，反應的離子方程式為Cr³⁺+ 3OH^-＝Cr(OH)₃↓；氫氧化鉻完全沉淀時的pH大約是8，因此證明Cr³⁺沉淀完全的方法是取沉淀后的上層清液測定其pH（1分），若pH≥8，則沉淀完全。
（2）①Cr₂O₇^2-檢驗強氧化性能把亞鐵離子氧化生成鐵離子，而自身被還原為Cr³⁺，根據電子得失守恒以及原子守恒可知反應的方程式為Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺＝2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O。
②水中的H⁺在陰極區放電生成氫氣，H⁺濃度減小促使水的電離平衡H₂OH⁺+OH^-向右移動，陰極區OH^-濃度增大與金屬陽離子在陰極區結合而沉淀完全。
③1mol Cr₂O₇^2-在反應中得到6mol電子，而亞鐵離子失去1個電子，所以若溶液中含有0.01mol Cr₂O₇^2-，則可以生成0.06mol鐵離子，同時還生成0.02mol Cr³⁺，因此陽離子全部生成沉淀的物質的量是0.06mol+0.02mol＝0.08mol。
考點：考查明礬凈水、氧化還原反應的應用以及電化學原理的應用