Question

4．电镀含铬废水的处理方法较多．
（1）某工业废水中主要含有Cr³⁺，同时还含有少量的Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺和Al³⁺等，且酸性较强．为回收利用，通常采用如下流程处理：

已知：（1）Cr（OH）₃$\stackrel{NaOH}{→}$NaCrO₂$\stackrel{Cl_{3}}{→}$Na₂CrO₄$\stackrel{酸化}{→}$Na₂Cr₂O₇
（2）Cu（OH）₂能溶于氨水：Cu（OH）₂+4NH₃•H₂O═[Cu（NH₃）₄]²⁺+2OH^-+4H₂O
请回答：
（1）操作Ⅰ的名称过滤，上述操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ相同，进行该实验操作所需要的主要玻璃仪器除烧杯、漏斗外，还有玻璃棒．
（2）滤渣Ⅰ的主要成分为Cu（OH）₂、Fe（OH）₃（写化学式），试剂乙的名称氨水．
（3）加入试剂甲的目的将Fe²⁺氧化成Fe³⁺．
（4）废水处理流程中生成滤渣Ⅲ的离子方程式：2H₂O+A1O₂^-+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（2）酸性条件下，六价铬主要以Cr₂O${\;}_{7}^{2-}$形式存在．工业上用以下方法处理含Cr₂O${\;}_{7}^{2-}$的废水：①往废水中加入适量的NaCl，搅拌均匀；②用Fe为电极进行电解，经过一段时间，最后有Cr（OH）₃和Fe（OH）₃沉淀产生；③过滤回收沉淀，废水达到排放标准．
（5）电解时能否用Cu电极来代替Fe电极？不能（填“能”或“不能”），理由是因阳极产生的Cu²⁺不能使Cr₂O₇^2-还原到低价态．
（6）已知某含Cr₂O${\;}_{7}^{2-}$的酸性工业废水中铬元素的含量为104.5mg/L，处理后铬元素最高允许排放浓度为0.5mg/L．处理该废水1000m³并达到排放标准，至少消耗铁的质量为336kg．

Answer 1

分析 工业废水中含有Cr³⁺，同时还含有少量的Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺和Al³⁺等，且酸性较强，根据流程图知，工业废水中加入试剂甲后溶液中没有Fe²⁺，说明废水中的Fe²⁺被氧化生成Fe³⁺，甲应该具有强氧化性，且不能引进杂质，则试剂甲为双氧水；向溶液中加入过量NaOH溶液，Cu²⁺、Fe³⁺都转化为氢氧化物沉淀，根据题给信息（1）知，Al³⁺、Cr³⁺和过量NaOH反应生成可溶性的钠盐，然后采用过滤方法得到滤渣I、滤液I，滤渣I为Cu（OH）₂、Fe（OH）₃，滤液I中含有NaAlO₂、NaCrO₂、NaOH；向滤渣I中加入试剂乙，然后过滤，得到滤渣II和滤液II，根据题给信息（2）知，试剂乙为氨水，滤渣II为Fe（OH）₃，滤液II为[Cu（NH₃）₄]（OH）₂；
向滤液I中加入试剂丙得到AlO₂^-和CrO₄^2-，根据题给信息（1）知，试剂丙可以将CrO₂^-氧化为CrO₄^2-，实现三价铬到CrO₄^2-的转化，且不能引进杂质，所以试剂丙是氯气，向溶液中通入过量二氧化碳，得到沉淀IIIAl（OH）₃ 和滤液III，滤液III最终得到Na₂Cr₂O₇；
（1）分离难溶性固体和溶液采用过滤方法；进行该实验操作所需要的主要玻璃仪器除烧杯、漏斗外，还有玻璃棒；
（2）滤渣I的主要成分为Cu（OH）₂、Fe（OH）₃，试剂乙的名称氨水；
（3）加入试剂甲的目的是将亚铁离子氧化为铁离子；
（4）废水处理流程中生成滤渣III的离子方程式为2H₂O+A1O₂^-+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（5）用Fe为电极进行电解生成Fe²⁺，作为还原剂还原Cr₂O₇^2-，而铜电极作阳极生成Cu²⁺不能还原Cr₂O₇^2-．
（6）根据题意消耗的m（Cr）=1000×1000×（104.5-0.5）=1.04×10⁸mg=1.04×10⁵g
则Cr的物质的量是$\frac{1.04×10{\;}^{5}g}{52g/mol}$=2×10³mol，设Fe为xmol，根据14H⁺+Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O反应方程式计算．

解答 解：工业废水中含有Cr³⁺，同时还含有少量的Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺和Al³⁺等，且酸性较强，根据流程图知，工业废水中加入试剂甲后溶液中没有Fe²⁺，说明废水中的Fe²⁺被氧化生成Fe³⁺，甲应该具有强氧化性，且不能引进杂质，则试剂甲为双氧水；向溶液中加入过量NaOH溶液，Cu²⁺、Fe³⁺都转化为氢氧化物沉淀，根据题给信息（1）知，Al³⁺、Cr³⁺和过量NaOH反应生成可溶性的钠盐，然后采用过滤方法得到滤渣I、滤液I，滤渣I为Cu（OH）₂、Fe（OH）₃，滤液I中含有NaAlO₂、NaCrO₂、NaOH；向滤渣I中加入试剂乙，然后过滤，得到滤渣II和滤液II，根据题给信息（2）知，试剂乙为氨水，滤渣II为Fe（OH）₃，滤液II为[Cu（NH₃）₄]（OH）₂；
向滤液I中加入试剂丙得到AlO₂^-和CrO₄^2-，根据题给信息（1）知，试剂丙可以将CrO₂^-氧化为CrO₄^2-，实现三价铬到CrO₄^2-的转化，且不能引进杂质，所以试剂丙是氯气，向溶液中通入过量二氧化碳，得到沉淀IIIAl（OH）₃ 和滤液III，滤液III最终得到Na₂Cr₂O₇；
（1）由操作流程图可知，操作Ⅰ是分离难溶性固体和液体的方法，故该操作名称为：过滤；操作I、II、III均是过滤的过程，过滤实验操作所需要的主要玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒，故答案为：过滤；玻璃棒；
（2）向含有Cr³+、Cu²⁺、Fe³⁺和Al³⁺的溶液中加入过量的氢氧化钠，生成的沉淀即滤渣Ⅰ有氢氧化铜和氢氧化铁，滤液是根据题意信息Cu（OH）₂+4NH₃•H₂O=[Cu（NH₃）₄]²⁺+2OH^-+4H₂O，所以试剂乙可以将氢氧化铜沉淀溶解掉，应为氨水，
故答案为：Cu（OH）₂、Fe（OH）₃；氨水；
（3）在电镀铬的工业废水中主要含有Cr³+，同时还含有少量的Cu²⁺、Fe²⁺ Fe³⁺和Al³⁺等，加入试剂甲以后废水的成分含有Cr³+、Cu²⁺、Fe³⁺和Al³⁺，由此可见试剂甲将亚铁离子氧化为三价铁离子，故答案为：将Fe²⁺氧化成Fe³⁺；
（4）向四羟基合铝酸根中通入过量二氧化碳会生成氢氧化铝和碳酸氢钠，即2H₂O+A1O₂^-+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃，
故答案为：2H₂O+A1O₂^-+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（5）用Fe为电极进行电解生成Fe²⁺，作为还原剂还原Cr₂O₇^2-，而铜电极作阳极生成Cu²⁺不能还原Cr₂O₇^2-，故不用Cu电极来代替Fe电极，故答案为：不能；因阳极产生的Cu²⁺不能使Cr₂O₇^2-还原到低价态；
（6）根据题意消耗的m（Cr）=1000×1000×（104.5-0.5）=1.04×10⁸mg=1.04×10⁵g
则Cr的物质的量是$\frac{1.04×10{\;}^{5}g}{52g/mol}$=2×10³mol，设Fe为xmol．
14H⁺+Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O
                          6      2
                          x      2×10³mol
则$\frac{6}{x}$=$\frac{2}{2×10{\;}^{3}mol}$  解得x=6×10³mol，所以m（Fe）=n•M=336×10³g=336kg，故答案为：336．

点评 本题是一道综合知识题目，涉及实验操作，氧化还原反应，电解池等，考查学生分析和解决问题的能力，难度较大．