Question

某課外活動小組欲降低廢水中重金屬元素鉻的含量，查閱資料知，可將Cr2

O

2- 7

轉化為Cr（OH）₃沉淀除去．
已知：

	氫氧化物開始沉淀時的pH	氫氧化物開始沉淀完全時的pH
Fe2+	7.0	9.0
Fe3+	1.9	3.2
Cr3+	6.0	8.0

（1）將含鉻廢水進行如下處理：
①在廢水中加入的混凝劑是一種復鹽，將其配成溶液后加入過量的NaOH溶液，產生先有白色沉淀生成，后沉淀溶解的現象．用離子方程式表示該鹽產生上述現象的反應原理：

Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓、Al（OH）₃+OH^-═2H₂O+AlO₂^-

．
②將廢水中的Cr2

O

2- 7

轉化成Cr³⁺．配平該離子方程式：

1

Cr2

O

2- 7

+

3

HSO₃^-+

5

H⁺=

2

Cr³⁺+

3

SO₄^2-+

4

H₂O

③向轉化后的廢水中加入NaOH溶液，此過程中發(fā)生的主要反應的離子方程式是

Cr³⁺+3OH^-═Cr（OH）₃↓

、

H⁺+OH^-═H₂O

．證明Cr³⁺沉淀完全的方法是

測定溶液的pH，若pH≥8，則證明Cr³⁺沉淀完全

．
（2）工業(yè)上可用電解法來處理含Cr2

O

2- 7

的廢水．實驗室利用如圖所示的裝置模擬處理含Cr2

O

2- 7

的廢水．

①陽極反應式是

Fe-2e^-═Fe²⁺

，陰極反應式是

2H⁺+2e^-═H₂↑

．
②Fe²⁺與酸性溶液中的Cr2

O

2- 7

反應的離子方程式是

Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O

，得到的金屬陽離子在陰極區(qū)可沉淀完全，從水的電離平衡角度解釋其原因是

陰極反應消耗了水中的H⁺，打破了水的電離平衡，促進了水的電離，使溶液中OH^-濃度增大，溶液的堿性增強

．用電解法處理該溶液中的0.01molCr2

O

2- 7

時，至少得到沉淀的質量是

8.48

g．

Answer 1

分析：（1）①根據反應現象推斷該復鹽中含有鋁離子，寫出氫氧根離子與鋁離子反應的離子方程式；
②根據化合價升降相等及電荷守恒、質量守恒，配平該反應的化學方程式；
③反應池中發(fā)生主要反應的離子方程式是Cr₂O₇^2-+3HSO₃^-+5H⁺═2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂O，反應后溶液中有H⁺、Cr³⁺，加NaOH溶液，NaOH會和H⁺、Cr³⁺發(fā)生反應；根據表中數據分析鉻離子沉淀完全時，溶液的pH≥8；
（2）①根據電極材料和電解原理分析電解池中陽極和陰極發(fā)生的反應，寫出反應的電極方程式；
②根據亞鐵離子與Cr₂O₇^2-發(fā)生氧化還原反應寫出反應的離子方程式；根據電解過程中陰極反應分析金屬陽離子在陰極區(qū)可沉淀完全原因；根據反應方程式Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，Cr³⁺+3OH^-═Cr（OH）₃↓、Fe³⁺+3OH^-═Fe（OH）₃↓，計算出生成沉淀的物質的量及質量．

解答：解：（1）加入過量的NaOH溶液，產生先有白色沉淀生成，后沉淀溶解的現象，說明該復鹽中含有Al³⁺，反應的離子方程式為：Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓、Al（OH）₃+OH^-═2H₂O+AlO₂^-，
故答案為：Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓、Al（OH）₃+OH^-═2H₂O+AlO₂^-；
②反應中，Cr₂O₇^2-中鉻元素化合價變化為：+6→+3，化合價降低了3價，Cr₂O₇^2-中含有兩個鉻原子，至少降低6價；
HSO₃^-中硫元素化合價變化為：+4→+6，化合價升高了（6-4）=2價，化合價變化的最小公倍數為6，所以Cr₂O₇^2-的化學計量數為1，亞硫酸氫根離子計量數為3，鉻離子計量數為2，硫酸根離子計量數為3，再根據電荷守恒，氫離子計量數為5，最后根據質量守恒判斷，未知物為水，計量數為4，配平后的方程式為：Cr₂O₇^2-+3HSO₃^-+5H⁺═2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂O，
故答案為：1；3；5；2；3；4；H₂O；
③向轉化后的廢水中加入NaOH溶液，NaOH會和H⁺發(fā)生反應H⁺+OH^-═H₂O，Cr³⁺與NaOH發(fā)生反應Cr³⁺+3OH^-═Cr（OH）₃↓，根據表中數據可知，Cr（OH）₃沉淀完全時，溶液的pH為8，所以測定溶液的pH，若pH≥8，則證明Cr³⁺沉淀完全，
故答案為：Cr³⁺+3OH^-═Cr（OH）₃↓、H⁺+OH^-═H₂O；測定溶液的pH，若pH≥8，則證明Cr³⁺沉淀完全；
（2）①此電解池中陽極鐵溶解，陽極電極反應式為：Fe-2e^-═Fe²⁺；陰極氫離子得到電子，電極反應式為：2H⁺+2e^-═H₂↑，
故答案為：Fe-2e^-═Fe²⁺；
②亞鐵離子與Cr₂O₇^2-發(fā)生氧化還原反應，Cr₂O₇^2-被還原為Cr³⁺，然后Cr³⁺生成Cr（OH）₃沉淀，重鉻酸根具有強氧化性，能將生成的亞鐵離子氧化為三價，反應的離子方程式為：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O；隨著電解進行，溶液中c（H⁺） 逐漸減少，打破了水的電離平衡，促進了水的電離，使溶液中OH^-濃度增大，溶液的堿性增強，生成Fe（OH）₃和Cr（OH）₃沉淀，金屬陽離子在陰極區(qū)可沉淀完全；根據反應：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，Cr³⁺+3OH^-═Cr（OH）₃↓、Fe³⁺+3OH^-═Fe（OH）₃↓可知0.01mol Cr₂O₇^2-，可生成0.02molCr（OH）₃，0.06molFe（OH）₃，至少得到沉淀的質量為：0.02mol×103g/mol+0.06mol×107g/mol=8.48g，
故答案為：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；陰極反應消耗了水中的H⁺，打破了水的電離平衡，促進了水的電離，使溶液中OH^-濃度增大，溶液的堿性增強；8.48．

點評：本題考查了探究物質的組成、電解原理等知識，題目難度較大，試題綜合性較強，涉及了電解原理、氧化還原反應配平、化學方程式的計算等問題，培養(yǎng)了學生的分析、理解能力及靈活應用所學知識解決問題的能力，有利于提高學生的實驗設計能力和應試能力，提升學生的學科素養(yǎng)．