(共11分)工业废水中常含有一定量的Cr2O72-和CrO42-,它们会对人类及生态系统产生很大的伤害,必须进行处理。常用的处理方法有两种。
方法l:还原沉淀法
该法的工艺流程为:
其中第①步存在平衡:2CrO42-(黄色)+2H+Cr2O72-(橙色)+H2O
(1)若平衡体系的pH=2,则溶液显 色。
(2)能说明第①步反应达平衡状态的是 。
A.Cr2O2- 7和CrO2- 7的浓度相同 B.2v(Cr2O2- 7)=v(CrO2- 4) C.溶液的颜色不变
(3)第③步生成的Cr(OH)3在溶液中存在以下沉淀溶解平衡: Cr(OH)3(s)Cr3+(aq)+3OH-(aq)
常温下,Cr(OH)3的溶度积Ksp=c(Cr3+)•c3(OH-)=10-32,要使c(Cr3+)降至10-5mol/L,溶液的pH应调至 。
方法2:电解法
该法用Fe做电极电解含Cr2O72-的酸性废水,随着电解进行,在阴极附近溶液pH升高,产生Cr(OH)3沉淀。
(4)用Fe做电极的原因为 。
(5)在阴极附近溶液pH升高的原因是(用电极反应式解释) 。溶液中同时生成的沉淀还有 。
(共11分)(1)橙 (1分);(2)C(2分); (3)5(2分);
(4)阳极反应为Fe-2e-=Fe2+(2分);提供还原剂Fe2+(1分)
(5)2H+ +2e-=H2↑(2分);Fe(OH)3 (1分)
题目分析:(1)pH=2说明溶液显酸性,平衡向正反应方向移动,Cr2O72—的浓度会增大,所以溶液显橙色。
(2)在一定条件下的可逆反应里,当正反应速率和逆反应速率相等,反应物的浓度与生成物的浓度不再改变时,该可逆反应就到达化学平衡状态。平衡时浓度不再发生变化,但物质之间的浓度不一定相等或满足某种关系,因此选项A不正确;在任何情况下Cr2O72—和CrO42—的反应速率之比总是满足1:2,因此选项B也不正确;颜色的深浅与浓度有关系,溶液颜色不再改变,这说明Cr2O72—和CrO42—的浓度不再发生改变,因此可以说明反应已经达到化学平衡状态,C正确,答案选C。
(3)由溶度积常数的表达式Ksp=c(Cr3+)·c3(OH—)=10-32可知,当c(Cr3+)=10-5mol/L时,c(OH—)=10-9mol/L,所以pH=5。
(4)Cr2O72—要生成Cr(OH)3沉淀,必需有还原剂,而铁做电极时,在阳极上可以失去电子产生Fe2+,阳极方程式为Fe-2e-=Fe2+。
(5)在电解池中阳离子在阴极得到电子,在溶液中由于H+得电子得能力强于Fe2+的,因此阴极是H+放电,方程式为2H++2e-=H2↑。随着电解的进行,溶液中的H+浓度逐渐降低,水的电离被促进,OH-浓度逐渐升高。由于Fe2+被Cr2O72—氧化生成Fe3+,当溶液碱性达到一定程度时就会产生Fe(OH)3沉淀。