Question

重金属元素铬的毒性较大，含铬废水需经处理达标后才能排放。

Ⅰ.某工业废水中主要含有Cr³⁺，同时还含有少量的Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺和Mg²⁺等，且酸性较强。为回收利用，通常采用如下流程处理：

注：部分阳离子常温下以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH见下表

氢氧化物	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Mg(OH)2	Al(OH)3	Cr(OH)3
pH	3.7	9.6	ll.l	8	9(>9溶解)

(1)氧化过程中可代替H₂O₂加入的试剂是________(填序号)。

A.Na₂O₂     B.HNO₃    C.FeCl₃     D.KMnO₄

(2)加入NaOH溶液调整溶液pH＝8时，除去的离子是________；已知钠离子交换树脂的原理：Mⁿ⁺＋nNaR→MR_n＋nNa⁺，此步操作被交换除去的杂质离子是__________。

A.Fe³⁺       B.Al³⁺       C.Ca²⁺       D.Mg²⁺

(3)还原过程中，每消耗172.8g Cr₂O₇^2-转移4.8 mol e^-，该反应离子方程式为________________。

Ⅱ.酸性条件下，六价铬主要以Cr₂O₇^2-形式存在，工业上常用电解法处理含Cr₂O₇^2-的废水。实验室利用如图装置模拟处理含Cr₂O₇^2-的废水，阳极反应是Fe-2e^-==Fe²⁺，阴极反应式是2H⁺+2e^-==H₂↑。

(1)电解时能否用Cu电极来代替阳极上的Fe电极？________(填“能”或“不能”)，理由是______________。

(2)电解时阳极附近溶液中Cr₂O₇^2-转化为Cr³⁺的离子方程式为______________。

(3)上述反应得到的金属阳离子在阴极区可沉淀完全，从其对水的电离平衡影响角度解释其原因_________________。

(4)若溶液中初始含有0.1mol Cr₂O₇^2-，则生成的阳离子全部转化化成沉淀的质量是________g。

Answer

A AB CD 3S2O32-+4Cr2O72-+13H2O==6SO42-+8Cr (OH)3↓+2OH- 不能 因阳极产生的Cu2+不能使Cr2O72-还原到低价态 Cr2O72-+6Fe2++14H+==2Cr3++6Fe3++7H2O 水中的H+在阴极区放电，H+浓度减小促使水的电离平衡H2O=H++OH-向右移动，阴极区OH-浓度增大与金属阳离子在阴极区结合而沉淀完全 84.8

【解析】I．某工业废水中主要含有Cr3+，同时还含有少量的Fe3+、Al3+、Ca2+和Mg2+等，加双氧水把亚铁离子氧化为铁离子，同时Cr3+被氧化为Cr2O72-，加氢氧化钠调节pH=8，则Fe3+、Al3+转化为氢氧化铁和氢氧化铝沉淀，过滤，滤液中主要含有Cr2O72-、Ca2+和Mg2+等，通过钠离子交换树脂，除去Ca2+和Mg2+，然后加Na2S2O3把Cr2O72-还原为8Cr3+，再调节pH得到Cr(OH)(H2O)5SO4。

(1)加氧化剂主要目的是把亚铁离子氧化为铁离子，同时不能引入新的杂质，所以可以用Na2O2代替H2O2，故答案为：A；

(2)根据表中数据可知，pH=8时，Fe3+、Al3+转化为氢氧化铁和氢氧化铝沉淀，则Fe3+、Al3+被除去；通过钠离子交换树脂，除去Ca2+和Mg2+；故答案为：AB；CD；

(3)每消耗0.8mol Cr2O72-转移4.8mol e-，则1molCr2O72-转移6mol电子，所以生成Cr3+，S2O32-被氧化为SO42-，则反应的离子方程式为：3S2O32-+4Cr2O72-+13H2O==6SO42-+8Cr (OH)3↓+2OH-；故答案为：3S2O32-+4Cr2O72-+13H2O==6SO42-+8Cr (OH)3↓+2OH-；

II．(1)若用Cu电极来代替Fe电极，在阳极上铜失去电子得到的阳离子是铜离子，该离子不具有还原性，不能和重铬酸根之间发生反应，故答案为：不能；因阳极产生的Cu2+不能使Cr2O72-还原到低价态；

(2)Cr2O72-具有强氧化性，可以将亚铁离子氧化为铁离子，自身被还原为2Cr3+，反应的实质是：6Fe2++Cr2O72-+14H+═6Fe3++2Cr3++7H2O，故答案为：6Fe2++Cr2O72-+14H+═6Fe3++2Cr3++7H2O；

(3) 随着电解进行，溶液中c(H+) 逐渐减少，打破了水的电离平衡，促进了水的电离，使溶液中OH-浓度增大，溶液的碱性增强，生成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀，金属阳离子在阴极区可沉淀完全，故答案为：水中的H+在阴极区放电，H+浓度减小促使水的电离平衡H2O⇌H++OH-向右移动，阴极区OH-浓度增大与金属阳离子在阴极区结合而沉淀完全；

(4)根据Cr2O72-+6Fe2++14H+═2Cr3++6Fe3++7H2O，Cr3++3OH-═Cr(OH)3↓、Fe3++3OH-═Fe(OH)3↓知0.1mol Cr2O72-，可生成0.2molCr(OH)3，0.6molFe(OH)3，质量为0.6mol×107g/mol+0.2mol×103g/mol =84.8g，故答案为：84.8。

点睛：本题考查了物质分离提纯的操作及方法应用、电解原理、物质的量的计算等，题目难度较大。注意掌握电解原理、氧化还原反应配平、化学方程式的计算方法等。本题的难点是氧化还原反应的离子方程式的书写和配平。