Question

鉻及其化合物在現代工業上的應用廣泛，可用于電鍍，鞣制羊毛，皮革；鉻還用于照相材料，膠版印刷及化工觸媒劑等。但化工廢料鉻渣對人體健康有很大危害。
Ⅰ：某工廠對制革工業污泥中Cr（III）回收與再利用工藝如下（硫酸浸取液中金屬離子主要是Cr³⁺，其次是Fe^3＋、Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺）：

部分陽離子常溫下以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH見下表：

陽離子	Fe3+	Fe2+	Mg2+	Al3+	Cu2+	Cr3+
開始沉淀時的pH	1.9	7.0	——	——	4.7	——
沉淀完全時的pH	3.2	9.0	11.1	8	6.7	9 （＞9溶解）

 
（1）實驗室用18.4 mol·L^－1的濃硫酸配制250 mL 4.8 mol·L^－1的硫酸溶液，所用的玻璃儀器除燒杯、玻璃棒和吸量管（一種能精確量取一定體積液體的儀器）外，還需                     。
（2）酸浸時，為了提高浸取率可采取的措施是                 （至少答一點）。
（3）調節溶液的pH=8是為了除去             離子。鈉離子交換樹脂的原理為：
M^n＋＋nNaR→MR_n＋nNa^＋，被交換的的雜質離子是             。
（4）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)
常溫下，Cr(OH)的溶度積K_sp= c(Cr³⁺)? c³(OH^－)=10^－32，要使c(Cr³⁺)降至10^－5mol/L，溶液的pH應調至         。
（5）還原過程發生以下反應（請配平）：    Na₂Cr₂O₇＋     SO₂＋         
=     Cr(OH) (H₂O)₅SO₄＋    Na₂SO₄；
Ⅱ：工業廢水中常含有一定量的Cr₂O₇^2－和CrO₄^2－，它們會對人類及生態系統產生很大損害，必須進行處理。
其中一種處理方法為電解法：該法用Fe做電極，電解含Cr₂O₇^2－的酸性廢水，隨著電解進行，陰極附近溶液pH升高，產生Cr(OH)₃沉淀。用Fe做電極的原因為
                                                                         
在陰極附近溶液pH升高的原因是（用電極反應解釋）                         。

Answer 1

Ⅰ：（1）250ml容量瓶、膠頭滴管
（2）①升高反應溫度，②攪拌，③過濾后再向濾渣中加入硫酸（多次浸取），④適當延長浸取時間
（3）Fe³⁺和Al³⁺；    Ca²⁺、Mg²⁺
（4）5
（5）1,3,11H₂O，2,1
Ⅱ：陽原反應為Fe-2e^-=Fe²⁺，提供還原劑Fe²⁺，2H⁺+2e^-=H₂↑

試題分析：（1）濃硫酸稀釋、冷卻至室溫所得溶液需要轉移入250mL容量瓶，定容時需要膠頭滴管；（2）攪拌、振蕩、升溫、延長浸取時間、多次浸取等條件都可以提高浸取率；（3）酸浸、過濾步驟可以除去大部分的Ca²⁺，因為Ca²⁺+SO₄^2—=CaSO₄↓；氧化步驟可以除去Fe²⁺，因為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；而pH=8的目的是除去Fe^3＋、Al³⁺，因為表中Fe^3＋、Al³⁺完全沉淀的pH分別是3.2、8；根據鈉離子交換樹脂的原理，Ca^2＋＋2NaR→CaR₂＋2Na^＋，Mg^2＋＋2NaR→MgR₂＋2Na^＋，則被交換的雜質離子是Ca²⁺、Mg²⁺；（4）若c(Cr³⁺)=10^—5mol/L，則K_sp=10^—5×c³(OH^—)=10^—32，c(OH^—)=10^—9 mol/L；K_w=10^—14，c(H⁺)= K_w/c(OH^—)=10^—5 mol/L，則pH=—lg10^—5=5；（5）鉻元素由+6價降為+3價，硫元素由+4價升為+6價，先根據最小公倍數法配平氧化劑、還原劑、還原產物和氧化產物的系數，然后再用觀察法或原子個數守恒確定另一種反應物及其系數，即1Na₂Cr₂O₇＋3SO₂＋11H₂O=2Cr(OH) (H₂O)₅SO₄＋1Na₂SO₄；鐵作陽極，本身發生氧化反應：Fe—2e^—=Fe²⁺，被腐蝕并產生具有還原性的亞鐵離子；Fe²⁺能將Cr₂O₇^2－還原，即6Fe²⁺+1Cr₂O₇^2－+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O；H⁺移向陰極，并在陰極上發生還原反應：2H⁺+2e^—=H₂↑，因此陰極附近溶液酸性減弱，pH升高。