Question

【題目】工、農(nóng)業(yè)廢水以及生活污水中濃度較高的會造成氮污染。工業(yè)上處理水體中的一種方法是零價(jià)鐵化學(xué)還原法。某化學(xué)小組用廢鐵屑和硝酸鹽溶液模擬此過程，實(shí)驗(yàn)如下。

（1）先用稀硫酸洗去廢鐵屑表面的鐵銹，然后用蒸餾水將鐵屑洗凈。

①除銹反應(yīng)的離子反程式是__________。

②判斷鐵屑洗凈的方法是__________。

（2）將KNO3溶液的pH調(diào)至2.5。從氧化還原的角度分析調(diào)低溶液pH的原因是__________。

（3）將上述處理過的足量鐵屑投入（2）的溶液中。如圖表示該反應(yīng)過程中，體系內(nèi)相關(guān)離子濃度、pH隨時(shí)間變化的關(guān)系。請根據(jù)圖中信息回答：

①t1時(shí)刻前該反應(yīng)的離子方程式是__________。

②t2時(shí)刻后，該反應(yīng)仍在進(jìn)行，溶液中的濃度在增大，Fe2+的濃度卻沒有增大，可能的原因是__________。

（4）鐵屑與KNO3溶液反應(yīng)過程中向溶液中加入炭粉，可以增大該反應(yīng)的速率，提高的去除效果，其原因是__________。

【答案】 Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O 測最后一次洗滌液的pH，若為7，則說明鐵屑已洗凈（或取少量最后一次洗滌液加入BaCl2溶液，若無明顯現(xiàn)象，則說明鐵屑已洗凈） 在酸性條件下的氧化性強(qiáng)，易被鐵屑還原 4Fe++10H+=4Fe2+++3H2O 生成的Fe2+水解 炭粉和鐵構(gòu)成了無數(shù)微小的原電池加快反應(yīng)速率

【解析】(1). ①. 鐵銹的主要成分是Fe2O3，與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鐵和水，反應(yīng)的離子方程式為：Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O，故答案為：Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O；

②. 判斷鐵屑是否洗凈的方法是測最后一次洗滌液的pH，若為7，則說明鐵屑已洗凈，故答案為：測最后一次洗滌液的pH，若為7，則說明鐵屑已洗凈；

(2). pH調(diào)至2.5，是因?yàn)?/span>NO3－在酸性條件下的氧化性強(qiáng)，易被鐵屑還原，故答案為：NO3－在酸性條件下的氧化性強(qiáng)，易被鐵屑還原；

(3). ①. 根據(jù)圖示可知，在t1時(shí)刻前，硝酸根離子、氫離子濃度逐漸減小，亞鐵離子濃度增大，則在t1時(shí)刻前是金屬鐵和硝酸之間的反應(yīng)，即4Fe+NO3－+10H+=4Fe2++NH4＋+3H2O，故答案為：4Fe+NO3－+10H+=4Fe2++NH4＋+3H2O；

②. 根據(jù)反應(yīng)4Fe+NO3－+10H+=4Fe2++NH4＋+3H2O可知，溶液中NH4＋的濃度在增大，Fe2+的濃度卻沒有增大，所以原因是生成的Fe2+水解所致，故答案為：生成的Fe2+水解；

(4). 構(gòu)成原電池可以加快化學(xué)反應(yīng)速率，炭粉和鐵屑構(gòu)成了無數(shù)微小的原電池加快反應(yīng)速率，故答案為：炭粉和鐵構(gòu)成了無數(shù)微小的原電池加快反應(yīng)速率。

點(diǎn)睛：本題主要考查硝酸、鐵及其化合物的化學(xué)性質(zhì)，試題難度中等。熟練掌握硝酸的化學(xué)性質(zhì)和鐵及其化合物的性質(zhì)是解答本題的關(guān)鍵，本題的難點(diǎn)是第（3）問，解答本問時(shí)，需先仔細(xì)審圖，根據(jù)圖示得出t1時(shí)刻前，硝酸根離子、氫離子濃度是逐漸減小的，亞鐵離子濃度是逐漸增大的，所以t1時(shí)刻前是金屬鐵和硝酸之間的反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溶液中銨根離子濃度在增大，亞鐵離子的濃度卻沒有增大，說明是生成的亞鐵離子發(fā)生了水解反應(yīng)，據(jù)此解答本題即可。

【題型】綜合題
【結(jié)束】
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【題目】含有K2Cr2O7的廢水具有較強(qiáng)的毒性，工業(yè)上常用鋇鹽沉淀法處理含有K2Cr2O7的廢水并回收重鉻酸，具體的流程如下：

已知：CaCr2O7、BaCr2O7易溶于水，其它幾種鹽在常溫下的溶度積常數(shù)如下表所示。

物質(zhì)	CaSO4	CaCrO4	BaCrO4	BaSO4
溶度積	9.1×10-6	2.30×10-2	1.17×10-10	1.08×10-10

（1）用離子方程式表示K2Cr2O7溶液中同時(shí)存在K2CrO4的原因（將離子方程式補(bǔ)充完整）：

+__________=+__________。____________

（2）向?yàn)V液1中加入BaCl2·2H2O的目的，是使從溶液中沉淀出來。

①結(jié)合上述流程說明熟石灰的作用：__________。

②結(jié)合表中數(shù)據(jù)，說明選用Ba2+而不選用Ca2+處理廢水的理由：__________。

③研究溫度對沉淀效率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：在相同的時(shí)間間隔內(nèi)，不同溫度下的沉淀率，如下圖所示。

已知：BaCrO4(s) Ba2+(aq)+ ΔH>0

的沉淀效率隨溫度變化的原因是__________。

（3）向固體2中加入硫酸，回收重鉻酸。

①硫酸濃度對重鉻酸的回收率如下圖所示。結(jié)合化學(xué)平衡移動原理，解釋使用0.450mol/L的硫酸時(shí)，重鉻酸的回收率明顯高于使用0.225mol/L的硫酸的原因：__________。

②回收重鉻酸的原理如圖所示。當(dāng)硫酸濃度高于0.450mol/L時(shí)，重鉻酸的回收率沒有明顯變化，其原因是__________。

（4）綜上所述，沉淀BaCrO4并進(jìn)一步回收重鉻酸的效果與__________有關(guān)。

Answer 1

【答案】 1 H2O 2 2 H+ 沉淀；調(diào)節(jié)溶液pH，使轉(zhuǎn)化為而沉淀 BaCrO4比CaCrO4更難溶，可以使沉淀更完全 溫度升高，沉淀速率加快 c(H2SO4)增大，則c()增大，與Ba2+生成沉淀，促進(jìn)BaCrO4(s) Ba2+(aq)+ (aq)ΔH>0平衡右移，c()增大；同時(shí)，c(H+)也增大，共同促進(jìn)+H2O +2H+平衡左移，有利于生成更多的H2Cr2O7 BaSO4與BaCrO4溶解度接近，c(H2SO4)越大，越有利于生成BaSO4，包裹在BaCrO4外，使其難于接觸H2SO4，阻礙重鉻酸生成 受到溶液pH、溫度、H2SO4濃度、BaCrO4顆粒大小等影響

【解析】含有K2Cr2O7的廢水同時(shí)含有SO42，加入適量熟石灰過濾得到的固體1為硫酸鈣和濾液1，向?yàn)V液1中加入BaCl22H2O的目的是使CrO42從溶液中沉淀出來，過濾得到固體2為BaCrO4，濾液2檢測CrO42含量達(dá)標(biāo)，向固體2中加入硫酸，回收重鉻酸，同時(shí)生成固體3為硫酸鋇沉淀。

(1). K2Cr2O7溶液中同時(shí)存在K2CrO4的原因是重鉻酸根離子在水溶液中存在化學(xué)平衡生成鉻酸根離子和氫離子，反應(yīng)的離子方程式為Cr2O72+H2O2CrO42+2H+，故答案為：1、H2O、2、2、H+；

(2). ①. 根據(jù)表中物質(zhì)的溶度積常數(shù)可知，熟石灰的作用是沉淀硫酸根離子，調(diào)節(jié)溶液pH使Cr2O72轉(zhuǎn)化為CrO42而沉淀，故答案為：沉淀SO42－，調(diào)節(jié)溶液pH，使Cr2O72轉(zhuǎn)化為CrO42而沉淀；

②. 根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，BaCrO4比CaCrO4更難溶，所以選用Ba2+處理廢水可以使CrO42沉淀更完全，故答案為：BaCrO4比CaCrO4更難溶，可以使CrO42沉淀更完全；

③. 根據(jù)圖象可知，CrO42的沉淀率隨溫度升高增大，沉淀速率加快，故答案為；溫度升高，沉淀速率加快；

(3). ①. c(H2SO4)增大，則c(SO42－)增大，與Ba2+生成沉淀，促使BaCrO4(s) Ba2+(aq)+CrO42(aq)平衡右移，使c(CrO42)增大，同時(shí)c(H+)也增大，共同促使Cr2O72+H2O2CrO42+2H+平衡左移，可以生成更多的H2Cr2O7，故答案為：c(H2SO4)增大，則c(SO42－)增大，與Ba2+生成沉淀，促使BaCrO4(s) Ba2+(aq)+CrO42(aq)平衡右移，c(CrO42)增大，同時(shí)c(H+)也增大，共同促使Cr2O72+H2O2CrO42+2H+平衡左移，可以生成更多的H2Cr2O7；

②. 根據(jù)表中各物質(zhì)的溶度積常數(shù)可知，BaSO4與BaCrO4溶解度比較接近，c(H2SO4)越大，越有利于生成BaSO4，包裹在BaCrO4外，使其難與H2SO4接觸，阻礙重鉻酸生成，故答案為：BaSO4與BaCrO4溶解度接近，c(H2SO4)越大，越有利于生成BaSO4，包裹在BaCrO4外，使其難于接觸H2SO4，阻礙重鉻酸生成；

(4). 根據(jù)上述分析可知，沉淀BaCrO4并進(jìn)一步回收重鉻酸的效果與溫度、濃度、溶液pH、硫酸濃度、沉淀顆粒等有關(guān)，受到溶液pH、溫度、H2SO4濃度、BaCrO4顆粒大小等因素的影響，故答案為：受到溶液pH、溫度、H2SO4濃度、BaCrO4顆粒大小等影響。