《2025年学霸高考黑题化学人教版》

巩固训练5 (2025·甘肃兰州二模)电镀工业废水含有大量的六价铬(CrO₄²⁻、Cr₂O₇²⁻),具有高度的毒性和致癌性,处理工业含铬废水有如下方法:
Ⅰ.还原法。某厂工业含铬废水有少量其他金属离子(Cu²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺),现将废水净化并回收金属铬,基本工艺流程如下。回答下列问题:

已知:①溶液中CrO₄²⁻和Cr₂O₇²⁻存在平衡:2CrO₄²⁻+2H⁺⇌Cr₂O₇²⁻+H₂O
②常温下,$K_{sp}[Cr(OH)_3]=6.4×10^{-31}$
③几种离子沉淀完全的pH如下表所示:

(1)反应池中溶液的pH=2,亚硫酸盐的作用是作还原剂，将重铬酸根离子还原成三价铬离子。
(2)已知Cr³⁺浓度小于1.0×10⁻⁵mol·L⁻¹时沉淀完全。沉淀池的pH一般调整到8.0,此时Cr³⁺是(填“是”或“否”)已沉淀完全。
(3)PAC是絮凝剂,Al₂(OH)ₙCl₆₋ₙ是絮凝剂的一种成分,请写出用氢氧化铝与盐酸制备该成分的化学反应方程式2Al(OH)₃+(6-n)HCl══Al₂(OH)ₙCl₆₋ₙ+(6-n)H₂O。

(4)清水池后续深度处理时,可采用离子交换技术(阴、阳离子分别被阴离子交换柱、阳离子交换柱吸收并释放出OH⁻、H⁺)。待净化水先经过阳离子交换柱后再通过阴离子交换柱的原因为避免阳离子与阴离子交换柱内OH⁻生成沉淀，降低交换效率。
(5)铝热法制备金属Cr的化学方程式为Cr₂O₃+2Al══Al₂O₃+2Cr。
Ⅱ.电解处理技术。用铁板作电极电解处理酸性含铬废水,将Cr(Ⅵ)转化为Cr(OH)₃沉淀(如图所示):
(6)电解时a极连接电源的正极。
(7)电解过程中,阳极区溶液中发生反应的离子方程式为Cr₂O₇²⁻+6Fe²⁺+14H⁺══2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O。当废水颜色不再变化,切断电源,调高溶液pH,生成沉淀除去铬。

答案： 巩固训练 5
(1)作还原剂，将重铬酸根离子还原成三价铬离子
(2)$2Al(OH)_3+(6 - n)HCl══Al_2(OH)_nCl_{6 - n}+(6 - n)H_2O$
(4)避免阳离子与阴离子交换柱内$OH^-$生成沉淀，降低交换效率
(5)$Cr_2O_3+2Al\xlongequal{高温}Al_2O_3+2Cr$
(6)正
(7)$Cr_2O_7^{2-}+6Fe^{2+}+14H^+══2Cr^{3+}+6Fe^{3+}+7H_2O$
解析：
(1)溶液中$CrO_4^{2-}$和$Cr_2O_7^{2-}$存在平衡：$2CrO_4^{2-}+2H^+⇌Cr_2O_7^{2-}+H_2O$，$pH = 2$时铬元素大部分以$Cr_2O_7^{2-}$形式存在，亚硫酸盐作还原剂，+4 价的硫被+6 价的铬氧化，同时将重铬酸根离子还原成三价铬离子。
(2)沉淀池的$pH = 8$，$c(OH^-)=\frac{10^{-14}}{10^{-8}}=10^{-6}mol· L^{-1}$，此时$c(Cr^{3+})=\frac{K_{sp}[Cr(OH)_3]}{c^3(OH^-)}=\frac{6.4×10^{-31}}{10^{-18}}=6.4×10^{-13}mol· L^{-1}＜10^{-5}mol· L^{-1}$，说明$Cr^{3+}$已沉淀完全。
(6)Fe 为阳极失去电子，故电解时 a 极连接电源的正极。
(7)阳极上 Fe 失去电子变为$Fe^{2+}$进入溶液，$Fe^{2+}$具有还原性，被废水中的$Cr_2O_7^{2-}$氧化为$Fe^{3+}$，$Cr_2O_7^{2-}$得到电子被还原产生$Cr^{3+}$，根据得失电子守恒、电荷守恒及原子守恒，写出反应的离子方程式。