Question

【題目】電鍍行業(yè)產(chǎn)生的酸性含鉻廢水對環(huán)境有污染，其中所含的Cr(Ⅵ)是主要污染物，可采用多種處理方法將其除去。查閱資料可知：

①在酸性環(huán)境下，Cr(Ⅵ)通常以Cr2O72-的形式存在；

②Cr2O72-的氧化能力強(qiáng)于CrO42-；

③常溫下，部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH如下表所示：

陽離子	Fe3＋	Fe2＋	Cr3＋
開始沉淀的pH	1.9	7.0	4.3
沉淀完全的pH	3.2	9.0	5.6

Ⅰ.腐蝕電池法

(1)向酸性含鉻廢水中投放廢鐵屑和焦炭，利用原電池原理還原Cr(Ⅵ)。下列關(guān)于焦炭的說法正確的是_______(填字母代號)。

a．作原電池的正極　 b．在反應(yīng)中作還原劑　c．表面可能有氣泡產(chǎn)生

Ⅱ.電解還原法

向酸性含鉻廢水中加入適量NaCl固體，以Fe為電極電解，經(jīng)過一段時(shí)間，有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀生成排出，從而使廢水中鉻含量低于排放標(biāo)準(zhǔn)。電解裝置如圖1所示。

(2)A極連接電源的______________極，A極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為_______________

(3)電解開始時(shí)，B極上除了發(fā)生產(chǎn)生H2的反應(yīng)外，還有少量Cr2O72-在B極上直接放電，該反應(yīng)的電極反應(yīng)式為_________________

(4)電解過程中，溶液的pH不同時(shí)，通電時(shí)間(t)與溶液中鉻元素去除率的關(guān)系如圖2所示。

①由圖可知，電解還原法應(yīng)采取的最佳pH范圍為____(填字母代號)。

a．2～4　　　　　　b．4～6　　　　　　c．6～10

②解釋曲線Ⅰ和曲線Ⅳ去除率低的原因：________________

Answer 1

【答案】ac 正 Fe－2e－===Fe2＋ Cr2O72-＋14H＋＋6e－===2Cr3＋＋7H2O b 曲線Ⅰ的pH較小，此時(shí)Cr(Ⅵ)被還原生成的Cr3＋難以生成Cr(OH)3沉淀，仍以Cr3＋形式存在于溶液中，導(dǎo)致去除率較低；曲線Ⅳ的pH較大，鉻元素主要以CrO42-形式存在，其氧化能力弱于Cr2O72-，Cr(Ⅵ)難以被還原并生成沉淀，導(dǎo)致去除率較低

【解析】

根據(jù)題意可知，本題考查電解原理及其應(yīng)用、“三廢”處理與環(huán)境保護(hù)，運(yùn)用電化學(xué)原理和除雜原理分析。

(1)向酸性含鉻廢水中投放廢鐵屑和焦炭，形成原電池，鐵作原電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Fe－2e－===Fe2＋；焦炭作正極，但焦炭是惰性材料，本身不能被還原，由于廢水呈酸性，正極上可能發(fā)生反應(yīng)2H＋＋2e－===H2↑，觀察到焦炭表面有氣泡產(chǎn)生，則a、c正確，

故答案為：ac；

(2)由圖可知，與電源的B極相連的一極表面產(chǎn)生H2，該電極的電極反應(yīng)為2H＋＋2e－===H2↑，則B是電源負(fù)極，A是電源正極；與A極相連的電極為電解池的陽極，電極材料是Fe，Fe發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Fe－2e－===Fe2＋。

故答案為：Fe－2e－===Fe2＋；

(3)B極是陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，少量Cr2O在B極上直接放電被還原為Cr3＋，電解質(zhì)溶液呈酸性，則電極反應(yīng)式為Cr2O＋14H＋＋6e－===2Cr3＋＋7H2O。

故答案為：Cr2O＋14H＋＋6e－===2Cr3＋＋7H2O；

(4)①由圖可知，曲線Ⅱ?qū)��?yīng)pH＝4時(shí)，溶液中鉻元素去除率最大，且所用時(shí)間最短，反應(yīng)速率快；曲線Ⅲ對應(yīng)pH＝6時(shí)，鉻元素去除率最終與pH＝4相同，但所用時(shí)間較長，反應(yīng)速率比pH＝4慢；圖中曲線Ⅰ、Ⅳ 對應(yīng)的鉻元素去除率偏低，故最佳pH范圍為4～6，答案選b。

故答案選：b；

②由題給信息可知，去除廢水中的鉻元素，最終要生成Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀排出。曲線Ⅰ的pH＝2，酸性較強(qiáng)，此時(shí)Cr(Ⅵ)被還原生成的Cr3＋難以生成Cr(OH)3沉淀，仍以Cr3＋形式存在于溶液中，導(dǎo)致鉻元素去除率較低；曲線Ⅳ的pH＝10，溶液呈堿性，促使平衡Cr2O3-＋H2O2CrO＋2H＋正向移動，鉻元素主要以CrO形式存在，其氧化能力弱于Cr2O，Cr(Ⅵ)難以被還原并生成沉淀，導(dǎo)致鉻元素去除率較低。

故答案為：曲線Ⅰ的pH較小，此時(shí)Cr(Ⅵ)被還原生成的Cr3＋難以生成Cr(OH)3沉淀，仍以Cr3＋形式存在于溶液中，導(dǎo)致去除率較低；曲線Ⅳ的pH較大，鉻元素主要以CrO42-形式存在，其氧化能力弱于Cr2O72-，Cr(Ⅵ)難以被還原并生成沉淀，導(dǎo)致去除率較低。