Question

8．某工廠廢水中含有毒的CrO₄^2-和Cr₂O₇^2-，常見處理方法是使其轉(zhuǎn)化為毒性較低的Cr³⁺或直接吸附除去．現(xiàn)有如下幾種工藝：
（1）光催化法：在催化劑作用下，利用太陽(yáng)光和人工光，使廢水實(shí)現(xiàn)上述轉(zhuǎn)化．
①該法的反應(yīng)原理是2Cr₂O₇^2-+16H⁺→4Cr³⁺+3O₂+8H₂O（將方程式補(bǔ)充完整）
②該法涉及的能量轉(zhuǎn)化形式是．
③某小組通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究催化劑中W（鎢）和α-Fe₂O₃的比例對(duì)鉻的去除率的影響（每次實(shí)驗(yàn)均采用：0.01mol/L 500mL酸化的K₂Cr₂O₇溶液、總質(zhì)量為0.2g的催化劑、光照10min），六價(jià)鉻的去除率如下表所示．

催化劑組成	1	2	3
WO3 W α-Fe2O3	65% 5% 30%	65% 10% 25%	a b 20%
六價(jià)鉻去除率	60.2%	80%	72.9%

上表中，b=15%；在去除率最高的催化劑實(shí)驗(yàn)組中，用Cr₂O₇^2-表示的該反應(yīng)在10min內(nèi)的平均化學(xué)反應(yīng)速率v=mol/（L•min）．
（2）電化學(xué)處理法：向廢鐵屑（鐵碳合金）中加入含鉻廢水，一段時(shí)間后，廢水中六價(jià)鉻元素的去除率能達(dá)到90%．
①?gòu)U鐵屑在使用前酸洗除銹的離子方程式是Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O．
②結(jié)合電化學(xué)原理說(shuō)明廢鐵屑在此過(guò)程中所起的作用是鐵在原電池反應(yīng)中做負(fù)極Fe-2e^-=Fe²⁺，F(xiàn)e²⁺做還原劑將六價(jià)鉻還原．
（3）離子交換樹脂（ROH）法：將CrO₄^2-和Cr₂O₇^2-吸附至樹脂上除去，原理如下：
2ROH+CrO₄^2-→R₂CrO₄+2OH^-、2ROH+Cr₂O₇^2-→R₂Cr₂O₇+2OH^-
（已知：廢水中存在如下平衡：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O）．
控制溶液酸性可以提高樹脂對(duì)六價(jià)鉻的去除率，其理由是由原理可知：2ROH～CrO₄^2-～Cr，2ROH～Cr₂O₇^2-～2Cr，等量樹脂去除Cr₂O₇^2-的效率高，因此控制酸性使上述平衡正向移動(dòng)，使CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-．

Answer 1

分析 （1）（1）①該法的反應(yīng)原理是2Cr₂O₇^2-+16H⁺反應(yīng)+6價(jià)的鉻變成+3價(jià)，化合價(jià)降低，而只有-2價(jià)的氧的化合價(jià)升高，根據(jù)得失電子守恒配平；
②該法涉及的能量轉(zhuǎn)化形式是將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；
③由表可知W和α-Fe₂O₃的百分含量之和為35%，所以當(dāng)α-Fe₂O₃%為20%時(shí)，b=15%，在去除率最高的催化劑實(shí)驗(yàn)組為第2組，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$進(jìn)行分析解；
（2）①鐵銹的成份是氧化鐵，氧化鐵是堿性氧化物，與酸反應(yīng)生成鹽與水；
②廢鐵屑做原電池的負(fù)極失電子生成亞鐵，亞鐵離子具有還原性，與Cr₂O₇^2-發(fā)生氧化還原反應(yīng)；
（3）由原理可知：2ROH～CrO₄^2-～Cr，2ROH～Cr₂O₇^2-～2Cr，等量樹脂去除Cr₂O₇^2-的效率高．

解答 解：（1）①該法的反應(yīng)原理是2Cr₂O₇^2-+16H⁺反應(yīng)+6價(jià)的鉻變成+3價(jià)，化合價(jià)降低，而只有-2價(jià)的氧的化合價(jià)升高，根據(jù)得失電子守恒配平得到：2Cr₂O₇^2-+16H⁺=4Cr³⁺+3O₂+8H₂O，故答案為：4Cr³⁺；3O₂；
②該法涉及的能量轉(zhuǎn)化形式是將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，故答案為：光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；
③由表可知W和α-Fe₂O₃的百分含量之和為35%，所以當(dāng)α-Fe₂O₃%為20%時(shí)，b=15%，v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.01×0.5×80%}{0.5×10}$=8×10^-4 mol/（L•min），故答案為：15%；8×10^-4 mol/（L•min）；
（2）①鐵銹的成份是氧化鐵，氧化鐵是堿性氧化物，與酸反應(yīng)生成鹽與水，所以反應(yīng)的方程式為：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，故答案為：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O；
②廢鐵屑做原電池的負(fù)極失電子生成亞鐵，亞鐵離子具有還原性，與Cr₂O₇^2-發(fā)生氧化還原反應(yīng)，故答案為：鐵在原電池反應(yīng)中做負(fù)極Fe-2e^-=Fe²⁺，F(xiàn)e²⁺做還原劑將六價(jià)鉻還原；
（3）由原理可知：2ROH～CrO₄^2-～Cr，2ROH～Cr₂O₇^2-～2Cr，等量樹脂去除Cr₂O₇^2-的效率高，故答案為：由原理可知：2ROH～CrO₄^2-～Cr，2ROH～Cr₂O₇^2-～2Cr，等量樹脂去除Cr₂O₇^2-的效率高，因此控制酸性使上述平衡正向移動(dòng)，使CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了氧化還原反應(yīng)的配平和化學(xué)方程式的書寫、平衡移動(dòng)的原理等知識(shí)，難度較大，注意（3）會(huì)運(yùn)用溶液的PH值對(duì)溶液中的離子進(jìn)行分離．