Question

【題目】堿式硫酸鉻[Cr（OH）SO4nH2O]常用于鞣制皮革，染料工業的活性黑染料、媒染劑。電鍍廢水中（主要含Cr2O72-、Cr3+、Fe3+、CN-、Cl-，少量Mg2+、Cu2+等離子），提取含鉻廢水中的鉻并制成可用的堿式硫酸鉻對污染治理和工業生產具有十分重要的意義。

相關金屬離子[co （Mn+）= 01 molL-1]形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下：

金屬離子	Cr3+	Fe3+	Mg2+	Cu2+
開始沉淀的pH	4.3	1.9	9.1	4.7
沉淀完全的pH	5.6	3.2	11.1	6.7

回答下列問題：

（1）堿式硫酸鉻中Cr的化合價為_________。

（2）“氧化”時需控制反應溫度在50℃~90℃，原因___________。H2O2先將CN-氧化為無害氣體除去，氣體I成分是________；后在堿性條件下將Cr3+ 氧化為CrO42-，濾渣中主要含________ （填相關物質的化學式）。

（3）“酸化”時CrO42-可轉化為Cr2O72-，其離子方程式為________。

（4）“離子交換”過程采用鈉離子交換樹脂，反應原理為Mn+ +nNaR=MRn+nNa+ ，則富集到鈉離子交換樹脂上的金屬陽離子有_________（填離子符號）。

（5）處理1L0.1molL-1Cr2O72- 的廢水，理論上需要H2C2O4的物質的量為_______ mol。

（6）廢水中含有的Cl-常以K2CrO4溶液為指示劑，用AgNO3標準溶液滴定測其含量，利用Ag+與CrO42-生成的磚紅色沉淀指示到達滴定終點。當溶液中Cl- 恰好完全沉淀（濃度等于1.0×10一5molL-1）時，溶液中c （Ag+）為_____molL-1 此時溶液中c（CrO42-）等于_______mo1L-1（已知Ag2CrO4、AgCl的Ksp分別約為2.0×10-12和和2.0×10 -10）。

Answer 1

【答案】+3 一是加快反應速率，二是防止溫度過高H2O2分解耗量增多 CO2、N2 Fe（OH）3、Cu（OH）2 2CrO42- +2H+ Cr2O72- + H2O Mg2+ 0.3 2.0×10－5 5.0×10－3

【解析】

電鍍廢水中主要含Cr2O72-、Cr3+、Fe3+、CN-、Cl-，少量Mg2+、Cu2+等離子，“氧化”過程中H2O2先將CN-氧化為無害氣體除去，后在堿性條件下將Cr3+ 氧化為CrO42-；然后加入20%NaOH溶液調節溶液的pH=8，根據各離子開始沉淀和完全沉淀的pH，Fe3+、Cu2+轉化成Fe(OH)3、Cu(OH)2沉淀而除去；濾液中含CrO42-、Cl-、Mg2+，濾液中加入稀硫酸酸化，CrO42-轉化為Cr2O72-，通過離子交換膜除去濾液中的Mg2+；加入草酸還原Cr2O72-，Cr2O72-還原成Cr3+，草酸被氧化成CO2；含Cr3+溶液中加入20%NaOH充分反應、冷卻結晶獲得產品；結合相關化學用語和原理作答。

（1）堿式硫酸鉻的化學式為Cr（OH）SO4nH2O，其中H、O、S的化合價依次為+1價、-2價、+6價，則Cr的化合價為+3價。

（2）“氧化”時加入氧化劑H2O2，H2O2不穩定易分解成H2O和O2，則“氧化”時需控制反應溫度在50℃~90℃的原因是：加快反應速率（因為溫度過低反應速率太慢），防止溫度過高H2O2分解耗量增多；H2O2先將CN-氧化為無害氣體除去，其中C元素被氧化成CO2、N元素被氧化成N2，反應的方程式為5H2O2+2CN-=2CO2↑+N2↑+2OH-+4H2O，氣體I成分是CO2、N2；H2O2后在堿性條件下將Cr3+ 氧化為CrO42-，反應的方程式為3H2O2+2Cr3++10OH-=2CrO42-+8H2O，因為調節溶液的pH=8，根據各離子開始沉淀和完全沉淀的pH，Fe3+、Cu2+轉化成Fe(OH)3、Cu(OH)2沉淀而除去，則濾渣中主要含Fe(OH)3、Cu(OH)2。

（3）“酸化”時CrO42-可轉化為Cr2O72-，結合原子守恒和酸性條件，離子方程式為2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O。

（4）根據上述分析，富集到鈉離子交換樹脂上的金屬陽離子為Mg2+。

（5）還原過程中Cr2O72-還原成Cr3+，草酸被氧化成CO2，Cr元素的化合價由+6價降為+3價，C元素的化合價由+3價升為+4價，根據得失電子守恒，0.1mol/L×1L×2×3=n(H2C2O4)×2×1，解得n(H2C2O4)=0.3mol。

（6）根據Ksp(AgCl)=c(Ag+)·c(Cl-)，當溶液中Cl- 恰好完全沉淀（濃度等于1.0×10-5mol·L-1）時，溶液中c （Ag+）為mol/L=2.0×10-5mol/L；根據Ksp(Ag2CrO4)=c2(Ag+)·c(CrO42-)，此時溶液中c（CrO42-）等于mol/L=5.0×10-3mol/L。