Question

【題目】含+6價鉻的廢水毒性強，對環(huán)境污染嚴重。化工廠常用SO2處理含鉻廢水，其工藝流程如下圖所示：

已知：Cr2O72- + H2O 2CrO42- + 2H+

（1）將吸收塔中1mol Cr2O72-與SO2反應(yīng)的熱化學(xué)方程式補全。

Cr2O72-(aq) + __SO2(g) + ___ ___ + ___ +___ ΔH = -1145 kJ/mol

（2）其他條件不變，研究吸收塔中pH對反應(yīng)的影響。

pH	2	4	6
Cr（+6） 最大去除率	99.99% 達排放標(biāo)準(zhǔn)	99.95% 達排放標(biāo)準(zhǔn)	99.5% 未達排放標(biāo)準(zhǔn)
時間	30 min	35 min	45 min

①由上述數(shù)據(jù)獲得的結(jié)論有________。

②實際工業(yè)生產(chǎn)控制pH = 4左右的原因是________。

③下列說法不合理的是________。

a.該酸性含鉻廢水中一定含有CrO42-，pH越大其含量越高

b.其他條件不變，增大壓強，吸收塔中反應(yīng)的K增大，有利于除去Cr（+6）

c.理論上看，SO32-、Fe2+等也可以用于除去Cr（+6）

（3）其他條件不變，研究溫度對Cr（+6）去除率的影響（如圖1所示）。

30min前相同時間內(nèi)，80℃的Cr（+6）去除率比40℃高，30min后80℃的Cr（+6）去除率低，原因分別是_______；_______。

（4）圖2為Cr（+3）微粒物質(zhì)的量分數(shù)隨溶液pH的變化關(guān)系示意圖，中和池中應(yīng)控制pH范圍為_________。

（5）廢水中Cr（+6）總濃度為a×10-3 mol/L，處理1000 L廢水，去除率要求達到99.95%，理論上需要SO2物質(zhì)的量為_________mol（寫計算式）。

Answer 1

【答案】3 2H+（aq） 2Cr3+（aq） 3SO42-（aq） H2O（l） pH越大，Cr（+6）的去除率降低，反應(yīng)速率越慢 與pH=2相比，pH=4時，Cr（+6）的去除率已達排放標(biāo)準(zhǔn)，控制pH=4左右可減少中和池中NaOH的用量，節(jié)約成本 b 30min前，Cr（+6）去除率主要由反應(yīng)速率決定，溫度高反應(yīng)速率快，因此80℃的去除率更高 30min后，Cr（+6）去除率主要有反應(yīng)限度決定，Cr2O72-與SO2的反應(yīng)放熱，溫度越高，K越小，因此80℃的去除率比40℃低。 8～9.5左右 1.5a×99.95%

【解析】

Cr（+6）在酸性環(huán)境下主要以Cr2O72-形式存在，將具有強還原性的二氧化硫氣體通入吸收塔與Cr（+6）發(fā)生氧化還原反應(yīng)，將Cr（+6）降價生成Cr3+，中和池中加入NaOH使其生成氫氧化物沉淀除去。

（1）氧化還原反應(yīng)離子方程式配平，利用得失電子數(shù)相等和原子守恒配平；熱化學(xué)方程式書寫注意注明狀態(tài)；

（2）①根據(jù)表格可以得出隨pH的增大Cr（+6）去除率的變化和去除所需時間。

②從速率、去除率、消耗原料幾個角度綜合分析；

③a.根據(jù)勒夏特例原理分析；b.k的變化只與溫度有關(guān)；c.氧化還原角度分析；

（3）從速率和平衡兩個角度分析；

（4）找出Cr（OH）3物質(zhì)的量分數(shù)最大的pH范圍即可；

（5）利用得失電子數(shù)相等進行計算。

（1）三步法配平：①根據(jù)化合價升降相等，配平化合價發(fā)生變化的元素②根據(jù)左右兩邊電荷守恒配平，酸性添加氫離子，堿性氫氧根離子 ③根據(jù)原子守恒配平添加水；熱化學(xué)方程式書寫注意注明狀態(tài)，Cr2O72-(aq) + 3SO2(g) + 2H+（aq） 2Cr3+（aq） +3SO42-（aq）+H2O（l） ΔH = -1145 kJ/mol；

答案：3 2H+（aq） 2Cr3+（aq） 3SO42-（aq） H2O（l）

（2）①根據(jù)表格可以得出結(jié)論，隨著pH的升高，Cr（+6）的去除率降低，反應(yīng)速率變慢；

答案：pH越大，Cr（+6）的去除率降低，反應(yīng)速率越慢

②實際工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)該從節(jié)省原料，條件易控角度分析，控制pH = 4左右的原因是Cr（+6）的去除率已達排放標(biāo)準(zhǔn)，控制pH=4左右可減少中和池中NaOH的用量，節(jié)約成本；

答案：Cr（+6）的去除率已達排放標(biāo)準(zhǔn)，控制pH=4左右可減少中和池中NaOH的用量，節(jié)約成本

③a.根據(jù)題干信息Cr2O72- + H2O 2CrO42- + 2H+，該酸性含鉻廢水中一定含有CrO42-，pH增大相當(dāng)于減小氫離子濃度，平衡正向移動，CrO42-含量越高，故不選a；

b.K的變化只與溫度有關(guān)，壓強無影響，故選b；

c.SO32-、Fe2+等也具有強還原性，可以與Cr（+6）發(fā)生氧化還原反應(yīng)，用于除去Cr（+6），故不選c；

答案：b

（3）仔細觀察圖像可以發(fā)現(xiàn)前30min，80℃單位時間內(nèi)去除率越高，反應(yīng)速率越快；30min后去除率后面幾乎不發(fā)生變化，說明達到了平衡，40℃時去除率要高，從平衡角度分析。

答案：30min前，Cr（+6）去除率主要由反應(yīng)速率決定，溫度高反應(yīng)速率快，因此80℃的去除率更高；30min后，Cr（+6）去除率主要有反應(yīng)限度決定，Cr2O72-與SO2的反應(yīng)放熱，溫度越高，K越小，因此80℃的去除率比40℃低。

（4）Cr（+3）是以氫氧化鉻沉淀形式除掉，所以根據(jù)圖像選擇氫氧化鉻物質(zhì)的量分數(shù)最大的pH范圍；

答案：8～9.5左右

（5）利用氧化還原反應(yīng)得失電子數(shù)相等列關(guān)系式可知

2Cr（+6） ～ 3SO2

2mol 3mol

a×10-3 mol/L×1000L×99.95% n（SO2）

計算得 n（SO2）=3mol×a×10-3 mol/L×1000L×99.95%/(2mol ) = 1.5a×99.95%mol；

答案：1.5a×99.95%