Question

2011年8月12日，網(wǎng)上傳云南曲靖市越州鎮(zhèn)有總量5000余噸的重毒化工廢料鉻渣由于非法丟放，毒水被直接排放南盤江中．
Ⅰ：某工廠對制革工業(yè)污泥中Cr（Ⅲ）回收與再利用工藝如下（硫酸浸取液中金屬離子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺）：

部分陽離子常溫下以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH見下表：

陽離子	Fe3+	Fe2+	Mg2+	Al3+	Cu2+	Cr3+
開始沉淀時(shí)的pH	1.9	7.0	--	--	4.7	--
沉淀完全時(shí)的pH	3.2	9.0	11.1	8	6.7	9 （＞9溶解）

（1）實(shí)驗(yàn)室用18.4mol?L^-1的濃硫酸配制250mL 4.8mol?L^-1的硫酸溶液，所用的玻璃儀器除燒杯、玻璃棒和吸量管（一種能精確量取一定體積液體的儀器）外，還需

 

．
（2）酸浸時(shí)，為了提高浸取率可采取的措施是

 

（至少答一點(diǎn)）．
（3）加入H₂O₂的作用是

 

．調(diào)節(jié)溶液的pH=8是為了除去

 

離子．
（4）鈉離子交換樹脂的原理為：Mⁿ⁺+nNaR→MR_n+nNa⁺，被交換的雜質(zhì)離子是

 

．
（5）還原過程發(fā)生以下反應(yīng)（請配平）：

 

Na₂Cr₂O₇+

 

SO₂+

 

=

 

Cr（OH）（H₂O）₅SO₄+

 

Na₂SO₄；
Ⅱ：（1）工業(yè)廢水中常含有一定量的Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-，它們會對人類及生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生很大損害，必須進(jìn)行處理．其中一種處理方法為電解法：該法用Fe做電極，電解含Cr₂O₇^2-的酸性廢水，隨著電解進(jìn)行，陰極附近溶液pH升高，產(chǎn)生Cr（OH）₃沉淀．陽極的電極反應(yīng)式為

 

．在陰極附近溶液pH升高的原因是（用電極反應(yīng)方程式解釋）

 

．
（2）含鉻廢水國家排放標(biāo)準(zhǔn)為

+6

Cr

含量≤0.1000mg/L．取上述電解后的廢水200.00mL，調(diào)節(jié)pH=1后置于錐形瓶中，用濃度為0.0001mol/L的KI溶液滴定，至滴定終點(diǎn)時(shí)，
用去KI溶液9.00mL．已知酸性條件下，I^-被Cr₂O₇^2-氧化的產(chǎn)物為I₂．用計(jì)算所得數(shù)據(jù)說明上述電解法處理后的廢水是否符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,電解原理

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：Ⅰ．（1）依據(jù)溶液配制的步驟和過程分析所用到的儀器，主要儀器應(yīng)有配制溶液的容量瓶和定容需要的膠頭滴管；配置一定物質(zhì)的量濃度的溶液所需的玻璃儀器有：燒杯、玻璃棒、吸量管、容量瓶和膠頭滴管；（2）酸浸時(shí)，為了提高浸取率可采取的措施是延長浸取時(shí)間、加快溶解速度等措施；硫酸浸取液中的金屬離子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺和Mg²⁺，酸浸是溶解物質(zhì)為了提高浸取率，可以升高溫度增大物質(zhì)溶解度，增大接觸面積增大反應(yīng)速率，或加快攪拌速度等；
（3）根據(jù)雙氧水的性質(zhì)分析，雙氧水有強(qiáng)氧化性，能氧化還原性的物質(zhì)；硫酸浸取液中的金屬離子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺和Mg²⁺，加入NaOH溶液使溶液呈堿性，F(xiàn)e³⁺、Al³⁺轉(zhuǎn)化為沉淀除去；
（4）鈉離子交換樹脂交換的離子是鈣離子和鎂離子；
（5）依據(jù)流程圖中的轉(zhuǎn)化關(guān)系和產(chǎn)物，結(jié)合二氧化硫的還原性，利用氧化還原反應(yīng)原理分析書寫；
Ⅱ．（1）用Fe為電極進(jìn)行電解生成Fe²⁺，溶液PH升高的原因是溶液中氫離子濃度減少，即氫離子在陰極得電子，PH升高；
（2）根據(jù)Cr₂O₇^2-+6I^-+14H⁺=2Cr³⁺+3I₂+7H₂O計(jì)算．

解答： 解：Ⅰ．（1）配置一定物質(zhì)的量濃度的溶液所需的玻璃儀器有：燒杯、玻璃棒、吸量管、容量瓶和膠頭滴管，故答案為：250mL容量瓶、膠頭滴管；
（2）酸浸時(shí)，為了提高浸取率可采取的措施是：增加浸取時(shí)間、不斷攪拌混合物、濾渣多次浸取等，
故答案為：①升高反應(yīng)溫度，②攪拌，③過濾后再向?yàn)V渣中加入硫酸（多次浸�。�，④適當(dāng)延長浸取時(shí)間；
（3）雙氧水有強(qiáng)氧化性，能氧化還原性的物質(zhì)，Cr³⁺有還原性，Cr³⁺能被雙氧水氧化為Cr₂O₇^2-，以便于與雜質(zhì)離子分離，硫酸浸取液中的金屬離子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺和Mg²⁺，加入NaOH溶液使溶液呈堿性，溶液pH=8，F(xiàn)e³⁺、Al³⁺轉(zhuǎn)化為沉淀除去；
故答案為：將濾液Ⅰ中的Cr³⁺轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-，以便于與雜質(zhì)離子分離；Fe³⁺、Al³⁺；
（4）鈉離子交換樹脂交換的離子是鈣離子和鎂離子，因?yàn)樵诖酥�前，F(xiàn)e³⁺被除去，Al³⁺轉(zhuǎn)化為偏鋁酸根的形式，故答案為：Ca²⁺、Mg²⁺；
（5）二氧化硫具有還原性，被濾液Ⅱ中通過離子交換后的溶液中Na₂Cr₂O₇氧化為硫酸，Na₂Cr₂O₇氧被還原為CrOH（H₂O）₅SO₄，水溶液中生成硫酸反應(yīng)生成硫酸鈉，依據(jù)原子守恒分析書寫配平；Na₂Cr₂O₇+3SO₂+11H₂O═2CrOH（H₂O）₅SO₄↓+Na₂SO₄，
故答案為：1、3、11H₂O、2、1；
Ⅱ．（1）用Fe為電極進(jìn)行電解，鐵作陽極，陽極反應(yīng)為Fe-2e^-═Fe²⁺，在陰極附近溶液pH升高的原因是水電離產(chǎn)生的H⁺放電生成H₂：2H⁺+2e^-═H₂↑，
故答案為：Fe-2e^-═Fe²⁺；2H⁺+2e^-=H₂↑；
（2）廢水200.00mL，調(diào)節(jié)pH=1后置于錐形瓶中，用濃度為0.0001mol/L的KI溶液滴定，至滴定終點(diǎn)時(shí)，用去KI溶液9.00mL，
       Cr₂O₇^2-+6I^-+14H⁺=2Cr³⁺+3I₂+7H₂O，
       1       6
n（Cr₂O₇^2-） 9×10^-3L×0.0001mol/L
n（Cr₂O₇^2-）=1.5×10^-7mol，廢水1L中n（Cr₂O₇^2-）=7.5×10^-7mol，廢水1L中n（

+6

Cr

）=1.5×10^-6mol，電解后的廢水中

+6

Cr

含量=1.5×10^-6mol×52g/mol=0.0780 mg/L，符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)為

+6

Cr

含量≤0.1000mg/L．
故答案為：經(jīng)計(jì)算知，上述電解后的廢水中

+6

Cr

含量=0.0780 mg/L，符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)．

點(diǎn)評：本題考查了溶液配制、化學(xué)方程式的配平、電解原理等知識點(diǎn)，難度較大，注意會運(yùn)用溶液的pH值對溶液中的離子進(jìn)行分離，除雜的原則是：除去雜質(zhì)且不引進(jìn)新的雜質(zhì)．