题目

题型：不详难度：来源：

铬的化合物有毒，由于+6价Cr的强氧化性，其毒性是+3价Cr毒性的100倍。因此，必须对含铬的废水进行处理。目前研究和采用的处理方法主要有：
方法一、还原法：
（Ⅰ）在酸性介质中用FeSO₄、NaHSO₃等将+6价Cr还原成+3价Cr。具体流程如下：

请回答下列问题：
（1）上述流程①发生反应的离子方程式是                                 。    
（2）若在① 使FeSO₄适当过量、空气适量，可产生具有磁性、组成类似于铁氧体（Fe₃O₄或FeO·Fe₂O₃）的复合氧化物（·yO）(注：X可以是分数)，变废为宝。则控制空气适量的目的是                 ，使铁氧体分离出来较简便的方法是                         。假设处理含1 mol Cr₂O₇^2－的废水至少需要加入10mol FeSO₄·7H₂O则复合氧化物（·yO）化学式是            。
（Ⅱ）研究发现，用铁粉作还原剂不仅可以除去Cr⁶⁺，还能除去废水中的少量Mn²⁺，现研究铁屑用量和pH值对废水中铬、锰去除率的影响，
（3）取100mL废水于250 mL三角瓶中，调节pH值到规定值，分别加入不同量的废铁屑．得到铁屑用量对铬和锰去除率的影响如下图1所示。则在pH一定时，废水中铁屑用量为   时锰、铬去除率最好
（4）取100mL废水于250 mL三角瓶中，加入规定量的铁粉，调成不同的pH值。得到pH值对铬和锰去除率的影响如下图2所示。则在铁屑用量一定时，废水pH=   时锰、铬去除率最好

方法二、电解法：将含+6价Cr的废水放入电解槽内，用铁作阳极，加入适量的氯化钠进行电解：阳极区生成的Fe²⁺和Cr₂O₇^2-发生反应，生成的Fe³⁺和Cr^3十在阴极区与OH^一结合生成Fe（OH）₃和Cr（OH）₃沉淀除去。
（5）写出此阴极反应的电极方程式                                  。
（6）现用上法处理1×10⁴ L含铬（+6价）78 mg / L的废水，电解时阳极物质消耗的质量至少为________kg。

答案

（16分）（1）Cr₂O₇^2-＋14H⁺＋6Fe²⁺=6Fe³⁺＋2Cr^3十＋7H₂O（2分））

（2）使溶液中的比例恰当（答防止Fe²⁺被氧气过度氧化可以给分）（2分）    
用磁铁吸引（2分）   Cr_0.5Fe_1.5O₃·FeO（2分）
（3）15% （2分）（4） 4 （2分）（5）2H₂O＋2e^－＝H₂↑＋2OH^－。 （2分） （6） 2．52 （2分）

解析

试题分析：（1）Cr2O₇^2－有较强氧化性，FeSO₄中Fe²⁺有一定的还原性，在酸性介质中发生氧化还原反应，由实验流程可知，第①步反应中Cr₂O₇^2－在酸性条件下将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，自身被还原为Cr³⁺，根据守恒元素守恒及所处环境可知，还应有水生成，反应离子方程式为Cr₂O₇^2－+14H⁺+6Fe²⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O。
（2）空气中含有氧气，如果空气过量，则Fe²⁺被氧气过度氧化，使溶液中Fe^2＋和Fe^3＋的比例不恰当。由于铁氧体具有磁性，所以使铁氧体分离出来较简便的方法是用磁铁吸引。根据反应的离子方程式可知，1mol Cr₂O₇^2－能氧化6mol亚铁离子，同时生成2mol Cr^3十，而剩余亚铁离子的物质的量是4mol，所以根据原子守恒和化合价代数和为0可知，、3x＋6－3x＋2y＝8，解得x＝0.5、y＝1，所以复合氧化物的化学式是Cr_0.5Fe_1.5O₃·FeO。
（3）根据图1知，当铁用量逐渐增大时，离子的去除率先增大后减小，当废水中铁屑用量为15%时锰、铬去除率最好。
（4）根据图2知，当溶液的pH值逐渐增大时，锰离子的去除率先减小后增大，铬的去除率先增大后减小，当pH=4时锰、铬去除率最好。
（5）电解池中阴极得到电子，则阴极是水电离出的氢离子得到电子，所以阴极反应的电极方程式2H₂O＋2e^－＝H₂↑＋2OH^－。
（6）1×10⁴ L含铬（+6价）78 mg / L的废水中铬元素的质量是78 mg / L×10000＝780000mg＝780g，物质的量是780g÷52g/mol＝15mol。在反应中得到15mo×3＝45mol电子，因此根据电子的得失守恒可知，参加反应的亚铁离子是45mol，所以阳极消耗铁的质量至少是45mol×56g/mol＝2520g＝2.52kg。
点评：本题以工业废水处理为载体，考查氧化还原反应、离子反应、电极反应式的书写以及有关计算等，难度中等，关键根据实验流程利用氧化还原反应判断发生的离子反应，是对学生综合能力的考查．是一道不错的能力考查题，有利于培养学生的逻辑推理能力和发散思维能力，也有助于培养学生的环境保护意识，提升学生的学科素养。