Question

17．Cr（Ⅵ）具有毒性和致癌作用，工業(yè)廢水中Cr（Ⅵ）主要以$C{r}_{2}{O}_{7}^{2-}$的形式存在，為除去酸性廢水中的$C{r}_{2}{O}_{7}^{2-}$，通常采用以下處理方法；
①往工業(yè)廢水中加入適量的1-2g•L^-1食鹽水；
②以鐵作為電極迸行電解；
③鼓入空氣，經(jīng)過一段時間后，使廢水中的含鉻（Ⅵ）量降到可排放的標準，
其原理是將$C{r}_{2}{O}_{7}^{2-}$還原為可溶性三價鉻離子，整個過程中，溶液的pH會逐漸增大，最終將離子轉(zhuǎn)化成難溶性氫氧化物而將其除去．
（1）用鐵作為電極電解時．陽極的電極反應(yīng)式為Fe-2e^-=Fe²⁺，加入食鹽水的目的是增強溶液的導(dǎo)電能力
（2）處理過程中，pH增大的原因是2H⁺+2e^-═H₂↑、6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺═6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O（用有關(guān)電極反應(yīng)式和離子方程式加以說明）
（3）已知常溫下，K_sp[Cr（OH）₃]=1.0×10^-30，K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38．若使Cr³⁺的濃度低于1×10^-9mol•L^-1，則最終廢水的pH不低于7．此時Fe³⁺的濃度不高于4×10^-17mol•L^-1．

Answer 1

分析 （1）陽極鐵失去電子生成亞鐵離子；加入適量的NaCl可增強溶液的導(dǎo)電性；
（2）陰極上氫離子得到電子生成氫氣及溶液中發(fā)生氧化還原都消耗氫離子；
（3）Cr³⁺的濃度低于1×10^-9mol•L^-1，則溶液中氫氧根離子濃度應(yīng)滿足c（OH^-）＞$\root{3}{\frac{{K}_{sp}[Cr（{OH）}_{3}]}{c（C{r}^{3+}）}}$，再計算出氫離子的最大濃度及溶液的pH范圍；根據(jù)溶液中氫氧根離子的濃度范圍及c（Fe³⁺）＜$\frac{{K}_{sp}[Fe（OH）_{3}]}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$計算出鐵離子的濃度最大值．

解答 解：（1）Fe為陽極，則陽極鐵失去電子生成亞鐵離子，所以陽極反應(yīng)為：Fe-2e^-=Fe²⁺；因NaCl為電解質(zhì)，加入適量的NaCl可增強溶液的導(dǎo)電能力，
故答案為：Fe-2e^-=Fe²⁺；增強溶液的導(dǎo)電能力；
（2）陰極上氫離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)：2H⁺+2e^-═H₂↑，同時溶液中的氧化還原反應(yīng)也消耗H⁺：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺═6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，導(dǎo)致溶液中氫離子濃度降低，從而使溶液pH升高，
故答案為：2H⁺+2e^-═H₂↑、6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺═6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O；
（3）Cr³⁺的濃度低于1×10^-9mol•L^-1，則溶液中氫氧根離子濃度應(yīng)滿足：c（OH^-）＞$\root{3}{\frac{{K}_{sp}[Cr（{OH）}_{3}]}{c（C{r}^{3+}）}}$=$\root{3}{\frac{1.0×1{0}^{-30}}{1×1{0}^{-9}}}$mol/L=1×10^-7mol•L^-1，氫離子濃度小于1×10^-7mol•L^-1，所以最終廢水的pH不低于lg1×10^-7=7；當(dāng)c（OH^-）＞1×10^-7mol•L^-1時，此時Fe³⁺的濃度滿足：c（Fe³⁺）＜$\frac{{K}_{sp}[Fe（OH）_{3}]}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=$\frac{4×1{0}^{-38}}{（{1×1{0}^{-7}）}^{3}}$mol/L=4×10^-17mol•L^-1，
故答案為：7；4×10^-17．

點評 本題考查了電解原理的應(yīng)用、難溶物溶度積的計算，題目難度中等，明確電解原理、難溶物溶度積的概念為解答關(guān)鍵，試題充分培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及化學(xué)計算能力．