Question

4．氰化物在冶金等行業(yè)應(yīng)用廣泛，含氰廢水的處理顯得尤為重要．含氰廢水中的氰化物常以[Fe（CN）₆]^3-和CN^-的形式存在，工業(yè)上有多種廢水處理方法．
I．電解處理法
圖1電源廢水鐵電極石墨電極
用圖1所示裝置處理含CN^-廢水時(shí)，控制溶液pH為9～10并加入NaCl，一定條件下電解，陽極產(chǎn)生的ClO^-將CN^-氧化為無害物質(zhì)而除去．
（1）鐵電極為陰極（填“陰極”或“陽極”），陽極產(chǎn)生ClO^-的電極反應(yīng)為2OH^-+Cl^--2e^-═ClO^-+H₂O．
II．UV（紫外光線的簡(jiǎn)稱）-H₂O₂氧化法．
實(shí)驗(yàn)過程：取一定量含氰廢水，調(diào)節(jié)pH，加入一定物質(zhì)的量的H₂O₂，置于UV工藝裝置中，光照一定時(shí)間后取樣分析．
【查閱資料】①在強(qiáng)堿性溶液中4[Fe（CN）₆]^3-+4OH^-═4[Fe（CN）₆]^4-+O₂↑+2H₂O，[Fe（CN）₆]^4-更穩(wěn)定；
②[Fe（CN）₆]^3-轉(zhuǎn)化為CN^-容易被H₂O₂除去；
③HCN是有毒的弱酸，易揮發(fā)．
（2）廢水中的CN^一經(jīng)以下反應(yīng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化：CN^一+H₂O₂+H₂O═A+NH₃↑，則A是HCO₃^-（用符號(hào)表示）．
（3）K₃[Fe（CN）₆]在中性溶液中有微弱水解，用方程式表示水解反應(yīng)[Fe（CN）₆]^3-+3H₂O?Fe（OH）₃+3HCN+3CN^-．
（4）含氰廢水在不同pH下的除氰效果如圖2所示，pH選擇的最佳范圍應(yīng)為b（a．7-10；b．10-11；c．11-13），解釋選擇該pH范圍的原因堿性適中，有利于[Fe（CN）₆]^3-轉(zhuǎn)變?yōu)镃N^-而被氧化；堿性太強(qiáng)，溶液中4[Fe（CN）₆]^3-+4OH^-═4[Fe（CN）₆]^4-+O₂↑+2H₂O生成[Fe（CN）₆]^4-后難以除去；堿性太弱[Fe（CN）₆]^3-難以水解釋放出CN^-（且水解產(chǎn)生少量HCN有毒）．

（5）圖3表示某pH時(shí)，加入不同量H₂O₂，處理30min后測(cè)定的樣品含氰濃度．由圖可知：n（H₂O₂）：n（CN^-）=250：1時(shí)，剩余總氰為0.16mg•L^-1，除氰率達(dá)80%，計(jì)算0-30min時(shí)間段反應(yīng)速率v（CN^-）=0.021mg•L^-1min^-1（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 （1）廢水中含CN^-，控制溶液pH為9～10并加入NaCl，陽極產(chǎn)生的ClO^-將CN^-氧化，說明溶液中的氯離子在陽極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極是氫離子得電子產(chǎn)生氫氣，鐵是活性電極，在裝置中只能作陰極，不參加反應(yīng)；
（2）根據(jù)離子反應(yīng)方程式CN^-+H₂O₂+H₂O═A+NH₃↑可知，N化合價(jià)為-3價(jià)，反應(yīng)前后不改變，只能是雙氧水將C從+2介氧化到+4價(jià)，根據(jù)電荷守恒和原子守恒解答；
（3）Fe（OH）₃是弱堿，HCN是弱酸，則K₃[Fe（CN）₆]在中性溶液中有Fe³⁺和CN^-發(fā)生微弱水解；
（4）圖2顯示，PH在10-11時(shí)，除氰率超過80%，堿性適中，有利于[Fe（CN）₆]^3-轉(zhuǎn)變?yōu)镃N^-而被氧化；堿性太強(qiáng)，溶液中4[Fe（CN）₆]^3-+4OH^-═4[Fe（CN）₆]^4-+O₂↑+2H₂O生成[Fe（CN）₆]^4-后難以除去；堿性太弱[Fe（CN）₆]^3-難以水解釋放出CN^-（且水解產(chǎn)生少量HCN有毒）；
（5）根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算．

解答 解：（1）廢水中含CN^-，控制溶液pH為9～10并加入NaCl，陽極產(chǎn)生的ClO^-將CN^-氧化，說明溶液中的氯離子在陽極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為：2OH^-+Cl^--2e^-═ClO^-+H₂O，陰極是氫離子得電子產(chǎn)生氫氣，鐵是活性電極，在裝置中只能作陰極，不參加反應(yīng)，
故答案為：陰極；2OH^-+Cl^--2e^-═ClO^-+H₂O；
（2）根據(jù)離子反應(yīng)方程式CN^-+H₂O₂+H₂O═A+NH₃↑可知，N化合價(jià)為-3價(jià)，反應(yīng)前后不改變，只能是雙氧水將C從+2介氧化到+4價(jià)，根據(jù)電荷守恒和原子守恒，A應(yīng)是帶一個(gè)負(fù)電荷的陰離子，且包含1個(gè)C，1個(gè)H，3個(gè)O，即HCO₃^-，
故答案為：HCO₃^-；
（3）Fe（OH）₃是弱堿，HCN是弱酸，則K₃[Fe（CN）₆]在中性溶液中有Fe³⁺和CN^-發(fā)生微弱水解，即[Fe（CN）₆]^3-+3H₂O?Fe（OH）₃+3HCN+3CN^-，
故答案為：[Fe（CN）₆]^3-+3H₂O?Fe（OH）₃+3HCN+3CN^-；
（4）圖2顯示，PH在10-11時(shí)，除氰率超過80%，堿性適中，有利于[Fe（CN）₆]^3-轉(zhuǎn)變?yōu)镃N^-而被氧化；堿性太強(qiáng)，溶液中4[Fe（CN）₆]^3-+4OH^-═4[Fe（CN）₆]^4-+O₂↑+2H₂O生成[Fe（CN）₆]^4-后難以除去；堿性太弱[Fe（CN）₆]^3-難以水解釋放出CN^-（且水解產(chǎn)生少量HCN有毒），
故答案為：b；堿性適中，有利于[Fe（CN）₆]^3-轉(zhuǎn)變?yōu)镃N^-而被氧化；堿性太強(qiáng)，溶液中4[Fe（CN）₆]^3-+4OH^-═4[Fe（CN）₆]^4-+O₂↑+2H₂O生成[Fe（CN）₆]^4-后難以除去；堿性太弱[Fe（CN）₆]^3-難以水解釋放出CN^-（且水解產(chǎn)生少量HCN有毒）；
（5）剩余總氰為0.16mg•L^-1，除氰率達(dá)80%，則氰的總量為：0.16mg•L^-1÷（1-80%）=0.80mg•L^-1，
0-30分鐘氰的改變量為：△c（CN^-）=0.80mg•L^-1×80%=0.64mg•L^-1，v（CN^-）=$\frac{△c（C{N}^{-}）}{△t}$=$\frac{0.64mg/L}{30min}$=0.021mg•L^-1min^-1，
故答案為：0.021．

點(diǎn)評(píng) 本題考查電解原理以及鹽類水解的應(yīng)用，利用氧化還原反應(yīng)化合價(jià)的改變，守恒思想的應(yīng)用是解題的關(guān)鍵，圖象多增大了信息量，注意有效信息的獲取，題目難度中等．