Question

【題目】氰化法冶金過程中產(chǎn)生大量的含氰廢水(主要包括CN-、Cu(CN)32-、SO32-等離子)，可以通過沉淀——電解氧化法進(jìn)行處理，某小組同學(xué)對(duì)該過程進(jìn)行模擬。

資料1：溶液中存在平衡Cu(CN)32-CuCN↓+2CN-

資料2：2Cu2++4CN-=2CuCN ↓+(CN)2

(1)利用CuCl2溶液對(duì)含氰廢水進(jìn)行初步沉淀處理。溶液中總氰(CNT)、游離氰(CN-)的去除率隨CuCl2加入量變化趨勢如圖所示。

CuCl2加入量對(duì)總氰(CNT)、游離氰(CN-)去除率的影響

①請(qǐng)用平衡移動(dòng)原理解釋，隨著CuCl2加入量增大(3.0 g以前)，溶液中總氰(CNT)、游離氰(CN-)的去除率變化趨勢_________。

②在SO32-的作用下，CuCl2可將廢水中的Cu(CN)32-直接轉(zhuǎn)化為CuCN沉淀，該過程的離子方程式為__________。

(2)利用鈦電極對(duì)沉淀后的廢液中殘留的CN-等離子進(jìn)一步進(jìn)行電解處理，在一定的電壓下，在陽極觀察到明顯的氣泡，經(jīng)檢驗(yàn)，其主要成分為N2和CO2。該小組同學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，若將(1)中沉淀劑CuCl2換為CuSO4，電解法幾乎不能去除CN-。

①下列關(guān)于電解氧化法處理廢水的說法正確的是__________。

A．陽極處觀察到的氣泡主要是由于 CN-在陽極放電產(chǎn)生的

B．電解結(jié)束之后，該小組同學(xué)在陰極處能回收金屬銅

C．電解法處理過程中，Cu(CN)32-向陽極遷移

②CN-中包含碳氮三鍵，該離子中碳元素的化合價(jià)為 ______。

③請(qǐng)用化學(xué)用語解釋電解過程中Cl-的作用：_________。

Answer 1

【答案】溶液中總氰和游離氰的去除率均隨CuCl2加入量的增加而增加。根據(jù)已知信息 ii.游離氰可直接和銅離子反應(yīng)，c(CN-)降低，平衡Cu(CN)32-CuCN↓+ 2CN-正向移動(dòng)，使溶液中Cu(CN)32-降低，形成 CuCN 沉淀，去除率增加。 2Cu2++Cu(CN)32-+SO32-+H2O=3CuCN↓+2H+ +SO42- BC +2 陽極：2Cl--2e-=Cl2↑；生成的Cl2繼續(xù)將溶液中的CN-氧化成N2和CO2，5Cl2 +2CN-+4H2O=10Cl- +2CO2↑+ N2↑+ 8H+，從而將溶液中的 CN-去除。

【解析】

(1)①根據(jù)溶液中隨著CuCl2加入量總氰(CNT)、游離氰(CN-)去除率與CuCl2的變化趨勢分析判斷；

②Cu2+、Cu(CN)32-、SO32-會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，根據(jù)原子守恒、電子守恒和電荷守恒，書寫反應(yīng)的離子方程式；

(2)①電解時(shí)，陽極上CN-失去電子被氧化產(chǎn)生N2、CO2，溶液中陽離子向陰極定向移動(dòng)，陰離子向陽極定向移動(dòng)；

②CN-中包含碳氮三鍵，根據(jù)C、N元素非金屬性強(qiáng)弱判斷該離子中碳元素的化合價(jià)；

③Cl-在電解時(shí)產(chǎn)生Cl2，Cl2具有氧化性，可氧化CN-為N2、CO2。

(1)①由圖象可知：隨著CuCl2加入，在CuCl2加入量小于3.0 g前，溶液中總氰和游離氰的去除率均隨CuCl2加入量的增加而增加，這是由于根據(jù)信息 ii.游離氰可直接和銅離子反應(yīng)，使溶液中c(CN-)降低，電離平衡平衡Cu(CN)32-CuCN↓+ 2CN-正向移動(dòng)，使溶液中Cu(CN)32-降低，形成CuCN沉淀，從而使去除率增加；

②Cu2+、Cu(CN)32-、SO32-會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生CuCN沉淀、SO42-，根據(jù)原子守恒、電子守恒和電荷守恒，可得該反應(yīng)的離子方程式為：2Cu2++Cu(CN)32-+SO32-+H2O=3CuCN↓+2H++SO42-；

(2)①A．利用鈦電極對(duì)沉淀后的廢液中殘留的CN- 等離子進(jìn)一步進(jìn)行電解處理，在一定的電壓下，陽極上Cl-失去電子變?yōu)?/span>Cl2，Cl2將CN-氧化產(chǎn)生N2、CO2，因此可在陽極觀察到明顯的氣泡，A錯(cuò)誤；

B．在陰極上溶液中的Cu2+得到電子變?yōu)?/span>Cu單質(zhì)析出，因此電解結(jié)束之后，該小組同學(xué)在陰極處能回收金屬銅，B正確；

C．電解時(shí)，溶液中陽離子向陰極定向移動(dòng)，陰離子Cu(CN)32-會(huì)向陽極定向移動(dòng)，C正確；

故合理選項(xiàng)是BC；

②CN-中包含碳氮三鍵，由于元素的非金屬性C＜N，所以共用電子對(duì)偏向N元素，使C元素顯示正化合價(jià)，該離子中帶1個(gè)單位負(fù)電荷，碳元素的化合價(jià)數(shù)值為3-1=2，所以C化合價(jià)為+2價(jià)；

③在一定的電壓下，在陽極觀察到明顯的氣泡，經(jīng)檢驗(yàn)，其主要成分為N2和CO2。該小組同學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，若將(1)中沉淀劑CuCl2換為CuSO4，電解法幾乎不能去除CN-。說明在電解時(shí)，陽極發(fā)生反應(yīng)：2Cl--2e-=Cl2↑；生成的Cl2繼續(xù)將溶液中的CN-氧化成N2和CO2，發(fā)生了反應(yīng)5Cl2+2CN-+4H2O=10Cl-+2CO2↑+ N2↑+ 8H+，從而將溶液中的CN-去除，而SO42-在溶液中不能失去電子，因此電解方法使用CuSO4，電解法幾乎不能去除CN-。