赏析铬试题关注铬污染

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据报道，2011年8月云南曲靖市有总量5000余吨的重毒化工废料铬渣由于非法丢放，毒水被直接排放南盘江中。铬污染再次引起人们的关注。2010年7月份紫金矿业的渗漏污水已影响到福建、广东两省跨界河段，其中大埔青溪断面含毒物质“六价铬”浓度接近三类标准。而上世纪90年代，河南省的残留铬渣，几乎失管，导致数十年的持续污染。铬渣露天堆放，受雨雪淋浸，所含的六价铬被溶出渗入地下水或进入河流、湖泊中，污染环境。严重污染带内水中六价铬含量可高达每升数十毫克，超过饮用水标准若干倍。六价铬、铬化合物以及铬化合物气溶胶等，能以多种形式危害人畜健康。因此铬渣的堆存场必须采取铺地防渗和加设棚罩。

例1同第36页例3.

解析由铬元素守恒知废水中Cr2O72 的物质量为mol，反应中发生转移的电子数为6×mol=3nx mol。由得失电子守恒知y = 3x，而由铁元素守恒知消耗硫酸亚铁铵的物质的量为n×（1 + y）mol = n（3x + 1）mol，A项错误，其它选项正确。选A。

例2（2009安徽卷）某厂废水中含5.00×103 mol L1的Cr2O72 ，其毒性较大。某研究性学习小组为了变废为宝，将废水处理得到磁性材料Cr0.2Fe1.5FeO4（Fe的化合价依次为+3、+2），设计了如下实验流程：

（1）第①步反应的离子方程式是_____________________________________。

（2）第②步中用pH试纸测定溶液pH的操作是 _____________________________________。

（3） 第②步过滤得到的滤渣中主要成分除Cr（OH）3外，还有______________________________。

（4）欲使1 L该废水中的Cr2O72 完全转化为Cr0.2Fe1.5FeO4。理论上需要加入______g FeSO4 7H2O。

解析（1）第①步是Cr2O72与Fe2+ 发生氧化还原反应，方程式为：Cr2O72 + 6Fe2+ + 14H+ 2Cr3+ + 6Fe3+ + 7H2O；（2）测定溶液的pH的方法是：用玻璃棒蘸取待测溶液滴在pH试纸的中心位置，然后对照标准比色卡，读出对应颜色的数据；（3）从最终所得磁性材料的化学式可知，滤渣中主要有Cr（OH）3、Fe（OH）2、Fe（OH）3；（4）1 L废水中的n（Cr2O72 ） = 5.00×103mol，根据原子守恒，可得关系式：Cr2O72 ~ 4Cr0.2Fe1.5FeO4 ~ 10FeSO4 7H2O，所以理论上n（FeSO4 7H2O） = 0.05 mol，m（FeSO4 7H2O） =0.05 mol×278 g mol1 = 13.9 g。

答案

（1）Cr2O72 + 6Fe2+ + 14H+ 2Cr3+ +6Fe3+ +7H2O

（2）将一小块pH试纸放在表面皿上，用玻璃棒蘸取少量待测液，点在pH试纸上，再与标准比色卡对照

（3）Fe（OH）3、Fe（OH）2

（4）13.9

例3已知Cr（OH）3在碱性较强的溶液中将生成[Cr（OH）4]，铬的化合物有毒，由于+6价Cr的强氧化性，其毒性是+3价Cr毒性的100倍。工业废水中常含有一定量的Cr2O72 和CrO42，它们会对人类及生态系统产生很大损害，必须进行处理。常用的处理方法有两种。

方法1：还原沉淀法

该法的工艺流程为：CrO42Cr2O72Cr3+ Cr（OH）3

其中第①步存在平衡：2CrO42（黄色） + 2H+Cr2O72（橙色） + H2O

（1）若平衡体系的pH = 2，该溶液显______色。

（2）能说明第①步反应达平衡状态的是_____________________。

a. Cr2O72 和CrO42的浓度相同

b. 2v（Cr2O72 ） = v（CrO42）

c. 溶液的颜色不变

（3）第②步中，还原1 molCr2O72 离子，需要___________mol的FeSO4・7H2O。

（4）第③步生成的Cr（OH）3在溶液中存在以下沉淀溶解平衡：Cr（OH）3（s）Cr3+ （aq） + 3OH（aq）

常温下，Cr（OH）3的溶度积Ksp = c（Cr3+） c3（OH） = 1032，要使c（Cr3+）降至105 mol/L，溶液的pH应调至________________。

方法2：电解法

该法用Fe做电极电解含Cr2O72 的酸性废水，随着电解进行，在阴极附近溶液pH升高，产生Cr（OH）3沉淀。

（5）用Fe做电极的原因为________________。

（6）在阴极附近溶液pH升高的原因是（用电极反应式解释）_______________________。

（7）现用上法处理1×104 L含铬（+6价）78 mg / L的废水，电解时阳极物质消耗的质量至少为 _______________kg。

解析（1） c（H+）增大，平衡2CrO42（黄色） + 2H +Cr2O72 （橙色） + H2O右移，溶液呈橙色；

（2）平衡时各物质的浓度不再改变，即溶液的颜色不再改变；

（3）根据电子得失守恒可知，还原1 molCr2O72 离子，需要6 mol的FeSO4・7H2O；

（4）当c（Cr3+） = 105mol/L时，溶液的c（OH） == 109 mol/L，pH = 5，即要使c（Cr3+）降至105 mol/L，溶液的pH应调至5。

（5）在电解法除铬中，铁作阳极，以提供还原剂Fe2+；

（6）在阴极附近溶液pH升高的原因是水电离产生的H+放电，生成H2的同时，大量产生了OH。

（7）电极反应式为：阴极：2H+ + 2e H2，阳极：Fe2e Fe2+；

生成的Fe2+ 再与Cr2O72 反应：

6Fe2+ + Cr2O72 + 14H+6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O，

m（Cr） = 78 mg/L×1×104 L = 78×104 mg = 780 g，

n（Cr） = 15 mol，

n（Cr2O72 ） = 7.5 mol，

n（Fe） = n（Fe2+） = 45 mol，

m（Fe） = 45 mol×56 g/mol = 2 520 g = 2.52 kg。

答案（1）橙（2）c（3）6（4）5（5）阳极反应为Fe2e Fe2+，提供还原剂Fe2+（6）2H+ + 2e H2（7）2.52