Question

含鉻廢水主要含Cr₂O₇^2-，目前處理方法有沉淀法、鐵氧體法、電解法等．一種改進的鐵氧體法（GT-鐵氧體法）原理是：在廢水中加入Fe³⁺，然后將含F(xiàn)e³⁺的部分廢水通過裝有鐵屑的反應塔充分反應后，再與其余原廢水在強酸性混合反應池中混合足夠長時間后，在常溫下加堿，數(shù)分鐘后即生成黑棕色的鐵氧體．GT-鐵氧體法除鉻的部分化學反應方程式如下：
Fe²⁺+2Fe³⁺+8OH^-→FeO．Fe₂O₃+4H₂O；
FeO．Fe₂O₃+Cr³⁺→Fe³⁺{Fe²⁺．Fe³⁺_1-x．Cr³⁺_x}O₄，0＜x≤1（未配平）．
GT-鐵氧體法流程如圖1所示．

試回答下列問題
（1）上述流程中Cr₂O₇^2-與Fe²⁺只在強酸性的“混合反應池”中反應，其離子方程式為：

 

．
（2）形成鐵氧體的關鍵是要保證混合反應池中加堿前Fe³⁺與Fe²⁺的比值為2：1，這樣出水質量和反應生成的鐵氧體沉淀效果都較好．經檢測某次實驗選用的廢水中Cr₂O₇^2-的濃度為cmol/L，加入一定量FeCl₃后，使溶液中鐵與鉻的物質的量之比為20：1，則GT-鐵氧體法中進入還原塔（鐵屑）的廢水約為總廢水量的

 

（選填序號）．
a．5%～10% 　　 b．10%～20%  　　　c． 25%～40%
（3）GT-鐵氧體法中開始時要檢測廢水中Cr₂O₇^2-的濃度，其目的是：

 

．
（4）鐵氧體形成條件中溶液的pH值也很重要，廢液中鉻殘留量與pH的關系如圖2所示．如果pH值控制不當，形成的鐵氧體結構就不緊密，這樣處理液達不到國家排放標準（鉻殘留量小于0.5mg/L），你認為沉淀池中pH控制最好為：

 

．
（5）處理含鉻的酸性廢水也可用電解法：先在廢水中加入一定量的食鹽，然后用石墨和鐵電極電解，最終形成沉淀法除去．電解時陽極的電極反應式為：

 

．

Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用,制備實驗方案的設計

專題：實驗設計題

分析：（1）Fe²⁺具有還原性，可與Cr₂O₇^2-+發(fā)生氧化還原反應生成Fe³⁺和Cr³⁺；
（2）設廢水中含Cr₂O₇^2-為cmol，進入還原塔（鐵屑）的廢水約為總廢水量為x，則進入反應塔的Cr₂O₇^2-為xc，未進入的Cr₂O₇^2-為c-xc，鐵與鉻的物質的量之比為20：1，所以氯化鐵的物質的量為40c，進入反應塔的氯化鐵為40xc，未進入的為40（c-xc），
在反應塔中發(fā)生反應：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺
                      40xc 60xc
6Fe²⁺～Cr₂O₇^2-～6Fe³⁺
6c     c       6c
保證反應池中加堿前Fe³⁺與Fe²⁺的比值為2：1計算x，關系較復雜，如圖所示：
；
（3）從（2）可看出，要保證最佳處理效果，需確定加入FeCl₃的量及進入還原塔的廢水與總廢水量的比值；
（4）根據(jù)廢液中鉻殘留量與pH的關系如圖2進行判斷；
（5）用Fe做電極進行電解，陽極發(fā)生Fe-2e^-=Fe²⁺，生成的亞鐵離子與Cr₂O₇^2-發(fā)生氧化還原反應被還原為Cr³⁺然后生成Cr（OH）₃沉淀除去，以此來解答．

解答： 解：（1）Fe²⁺具有還原性，可與Cr₂O₇^2-+發(fā)生氧化還原反應生成Fe³⁺和Cr³⁺，
反應的離子方程式為6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，
故答案為：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O；
（2）設廢水中含Cr₂O₇^2-為cmol，進入還原塔（鐵屑）的廢水約為總廢水量為x，則進入反應塔的Cr₂O₇^2-為xc，未進入的Cr₂O₇^2-為c-xc，鐵與鉻的物質的量之比為20：1，所以氯化鐵的物質的量為40c，進入反應塔的氯化鐵為40xc，未進入的為40（c-xc），
在反應塔中發(fā)生反應：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺
40xc 60xc
6Fe²⁺～Cr₂O₇^2-～6Fe³⁺
6c c 6c
保證反應池中加堿前Fe³⁺與Fe²⁺的比值為2：1，得出

40(c-xc)+6c

60xc-6c

=

2

1

x=0.375；故選c；
（3）從（2）可看出，要保證最佳處理效果，需確定加入FeCl₃的量及進入還原塔的廢水與總廢水量的比值；
故答案為：確定加入FeCl₃的量，及進入還原塔的廢水與總廢水量的比值；
（4）根據(jù)廢液中鉻殘留量與pH的關系如圖2進行可知，鉻殘量在pH大于8，隨pH增大而增大，小于7，隨pH減小而增大，在7-8之間最�。�
故答案為：7.7；
（5）Fe為陽極，則陽極反應為Fe-2e^-=Fe²⁺，溶液中氫離子在陰極放電生成氫氣，則陰極反應為2H⁺+2e^-=H₂ ↑，生成的亞鐵離子與Cr₂O₇^2-發(fā)生氧化還原反應被還原為Cr³⁺，故答案為：Fe-2e^-=Fe²⁺．

點評：本題考查了廢水的凈化，難度較大．對于（2）問，要明確反應原理及各量之間的關系，是解題的關鍵，要充分利用題給數(shù)據(jù)解題．本題中所給鉻氧體生成的反應方程式較復雜，與解題無關，不要糾纏于是否配平及如何確定鉻的大小，易進入解題誤區(qū)．