Question

18．某鉻鹽廠凈化含Cr（Ⅵ）廢水并提取CrO₃的一種工藝流程如下圖所示
已知：K_sp[Cr（OH）₃]=6.3×10^-31
      K_sp[Fe（OH）₃]=2.6×10^-39
      K_sp[Fe（0H）₂]=4.9×10^-17
（1）步聚I中，發(fā)生的反應(yīng)為：2H⁺+2CrO₄^2-?CrO₇^2-+H₂O，B中含鉻元素的離子有CrO₄^2-、Cr₂O₇^2-（填離子符號(hào)）．
（2）步驟Ⅱ中，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為3HSO₃^-+Cr₂O₇^2-+5H⁺=3SO₄^2-+2Cr³⁺+4H₂O．
（3）當(dāng)清液中Cr³⁺的濃度≤1.5mg•L^-1時(shí)，可認(rèn)為已達(dá)鉻的排放標(biāo)準(zhǔn)，若測(cè)得清液的pH=5，清液尚不符合鉻的排放標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)榇藭r(shí)Cr³⁺的濃度=327.6mg•L^-1．
（4）所得產(chǎn)品中，Cr₂O₃外，還含有的雜質(zhì)是CaSO₄．
（5）步驟Ⅱ還可以用其他物質(zhì)代替NaHSO₃作還原劑．
①若用FeSO₄•7H₂O作還原劑，步驟Ⅲ中參加反應(yīng)的陽離子一定有Cr³⁺、Fe³⁺、H⁺（填離子符號(hào)）．
②若用鐵屑作還原劑，當(dāng)鐵的投放量相同時(shí)，經(jīng)計(jì)算，C溶液的pH與c（Cr₂O₇^2-）的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表所示．
有人認(rèn)為pH=6時(shí)，c（Cr₂O₇^2-）變小的原因是Cr₂O₇^2-基本上都已轉(zhuǎn)化為Cr³⁺．這種說法說法正確，為什么？
答：不正確，C（H⁺）減小，化學(xué)平衡2H⁺+2CrO₄^2-?CrO₇^2-+H₂O向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，溶液中Cr（Ⅵ）主要以CrO₄^2-形式存在．
③用鐵屑作還原劑時(shí)，為使所得產(chǎn)品中含鐵元素雜質(zhì)的含量盡可能降低，需要控制的條件有鐵屑過量，將溶液的PH控制在使Cr（OH）₃，完全沉淀而氫氧化亞鐵不沉淀的范圍內(nèi)．

Answer 1

分析 提取CrO₃的工藝流程：含Cr（Ⅵ）廢水A加入硫酸酸化，發(fā)生的反應(yīng)為：2H⁺+2CrO₄^2-?CrO₇^2-+H₂O，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，所以B中含有CrO₄^2-、Cr₂O₇^2-，加入亞硫酸氫鈉，+4價(jià)的硫被+6價(jià)的鉻氧化，反應(yīng)為：3HSO₃^-+Cr₂O₇^2-+5H⁺=3SO₄^2-+2Cr³⁺+4H₂O，得到溶液C，加入石灰乳，Cr³⁺+Ca（OH）₂=Cr（OH）₃↓+Ca²⁺，氫氧化鉻煅燒干化得到氧化鉻，因硫酸鈣微溶，所以沉淀物中含有雜質(zhì)CaSO₄．
（1）根據(jù)可逆反應(yīng)的特點(diǎn)分析；
（2）因Cr元素的化合價(jià)降低，則S元素的化合價(jià)升高為SO₄^2-，根據(jù)得失電子守恒和元素守恒配平方程式；
（3）根據(jù)溶度積常數(shù)以及水的離子積常數(shù)來進(jìn)行計(jì)算，清液的pH=5，c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-5}}$=10^-9，根據(jù)c（Cr³⁺）=$\frac{{K}_{SP}[Cr（OH）_{3}]}{{C}^{3}（0H）}$計(jì)算出鉻離子的濃度；
（4）硫酸鈣微溶，沉淀物中含有雜質(zhì)CaSO₄；
（5）①Cr₂O₇^2-具有強(qiáng)氧化性，可以將亞鐵離子氧化為鐵離子，自身被還原為Cr³⁺；
②根據(jù)酸性減弱，對(duì)化學(xué)平衡2H⁺+2CrO₄^2-?CrO₇^2-+H₂O的影響分析；
③控制PH使Cr（OH）₃，完全沉淀，但不能使氫氧化鐵沉淀．

解答 解：（1）步聚I中，發(fā)生的反應(yīng)為：2H⁺+2CrO₄^2-?CrO₇^2-+H₂O，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，可逆反應(yīng)的特點(diǎn)為反應(yīng)物和生成物共存，所以B中含有CrO₄^2-、Cr₂O₇^2-，
故答案為：CrO₄^2-、Cr₂O₇^2-；
（2）Cr元素的化合價(jià)從+6價(jià)降低到+3價(jià)得到3個(gè)電子，所以Cr₂O₇^2-→Cr³⁺得到6個(gè)電子；HSO₃^-→SO₄^2-失去2個(gè)電子，所以Cr₂O₇^2-計(jì)量數(shù)是HSO₃^-的3倍，再根據(jù)原子守恒和電荷守恒配平其它物質(zhì)的計(jì)量數(shù)；所以其方程式為3HSO₃^-+Cr₂O₇^2-+5H⁺=3SO₄^2-+2Cr³⁺+4H₂O，
故答案為：3HSO₃^-+Cr₂O₇^2-+5H⁺=3SO₄^2-+2Cr³⁺+4H₂O；
（3）清液的pH=5，c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-5}}$=10^-9，c（Cr³⁺）=$\frac{{K}_{SP}[Cr（OH）_{3}]}{{C}^{3}（0H）}$=$\frac{6.3×1{0}^{-31}}{（1{0}^{-9}）^{3}}$=6.3×10^-4mol/L；此時(shí)Cr³⁺的濃度=6.3×10^-4mol/L×52g/mol≈327.6mg•L^-1，
故答案為：327.6；
（4）溶液C，加入石灰乳，Cr³⁺+Ca（OH）₂=Cr（OH）₃↓+Ca²⁺，氫氧化鉻煅燒干化得到氧化鉻，因硫酸鈣微溶，所以沉淀物中含有雜質(zhì)CaSO₄，
故答案為：CaSO₄；
（5）①用FeSO₄•7H₂O作還原劑，發(fā)生反應(yīng)6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，反應(yīng)后的陽離子有Cr³⁺、Fe³⁺、H⁺，步驟Ⅲ中加入石灰乳，氫氧根離子和三價(jià)鉻形成氫氧化鉻沉淀，三價(jià)鐵和氫氧根離子形成氫氧化鐵沉淀，氫離子和堿中和，所以步驟Ⅲ中參加反應(yīng)的陽離子一定有Cr³⁺、Fe³⁺、H⁺，
故答案為：Cr³⁺、Fe³⁺、H⁺；
②根據(jù)pH與c（Cr₂O₇^2-）的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖可知，pH=6時(shí)，C（H⁺）減小，化學(xué)平衡2H⁺+2CrO₄^2-?CrO₇^2-+H₂O向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，溶液中Cr（Ⅵ）主要以CrO₄^2-形式存在，所以該說法不正確，
故答案為：不正確，C（H⁺）減小，化學(xué)平衡2H⁺+2CrO₄^2-?CrO₇^2-+H₂O向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，溶液中Cr（Ⅵ）主要以CrO₄^2-形式存在；
③用鐵屑作還原劑時(shí)，為使所得產(chǎn)品中含鐵元素雜質(zhì)的含量盡可能降低，需將溶液的PH控制在使Cr（OH）₃，完全沉淀而氫氧化亞鐵不沉淀的范圍內(nèi)，
故答案為：鐵屑過量，將溶液的PH控制在使Cr（OH）₃，完全沉淀而氫氧化亞鐵不沉淀的范圍內(nèi)．

點(diǎn)評(píng) 本題考查學(xué)生閱讀獲取信息的能力、常用化學(xué)用語、氧化還原滴定的應(yīng)用等，側(cè)重于學(xué)生的分析能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�和�?jì)算能力的考查，注意把握物質(zhì)的性質(zhì)以及反應(yīng)流程，難度中等．