Question

电镀行业产生的酸性含铬废水对环境有污染，其中所含的Cr(Ⅵ)是主要污染物，可采用多种处理方法将其除去。查阅资料可知：

①在酸性环境下，Cr(Ⅵ)通常以Cr₂O₇^2-的形式存在；

②Cr₂O₇^2-的氧化能力强于CrO₄^2-；

③常温下，部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如下表所示：

阳离子	Fe^3^＋	Fe^2^＋	Cr^3^＋
开始沉淀的pH	1.9	7.0	4.3
沉淀完全的pH	3.2	9.0	5.6

Ⅰ.腐蚀电池法

(1)向酸性含铬废水中投放废铁屑和焦炭，利用原电池原理还原Cr(Ⅵ)。下列关于焦炭的说法正确的是_______(填字母代号)。

a．作原电池的正极　 b．在反应中作还原剂　c．表面可能有气泡产生

Ⅱ.电解还原法

向酸性含铬废水中加入适量NaCl固体，以Fe为电极电解，经过一段时间，有Cr(OH)₃和Fe(OH)₃沉淀生成排出，从而使废水中铬含量低于排放标准。电解装置如图1所示。

(2)A极连接电源的______________极，A极上发生的电极反应式为_______________

(3)电解开始时，B极上除了发生产生H₂的反应外，还有少量Cr₂O₇^2-在B极上直接放电，该反应的电极反应式为_________________

(4)电解过程中，溶液的pH不同时，通电时间(t)与溶液中铬元素去除率的关系如图2所示。

①由图可知，电解还原法应采取的最佳pH范围为____(填字母代号)。

a．2～4　　　　　　b．4～6　　　　　　c．6～10

②解释曲线Ⅰ和曲线Ⅳ去除率低的原因：________________

Answer

ac 正 Fe－2e－===Fe2＋ Cr2O72-＋14H＋＋6e－===2Cr3＋＋7H2O b 曲线Ⅰ的pH较小，此时Cr(Ⅵ)被还原生成的Cr3＋难以生成Cr(OH)3沉淀，仍以Cr3＋形式存在于溶液中，导致去除率较低；曲线Ⅳ的pH较大，铬元素主要以CrO42-形式存在，其氧化能力弱于Cr2O72-，Cr(Ⅵ)难以被还原并生成沉淀，导致去除率较低

【解析】

根据题意可知，本题考查电解原理及其应用、“三废”处理与环境保护，运用电化学原理和除杂原理分析。

(1)向酸性含铬废水中投放废铁屑和焦炭，形成原电池，铁作原电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋；焦炭作正极，但焦炭是惰性材料，本身不能被还原，由于废水呈酸性，正极上可能发生反应2H＋＋2e－===H2↑，观察到焦炭表面有气泡产生，则a、c正确，

故答案为：ac；

(2)由图可知，与电源的B极相连的一极表面产生H2，该电极的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，则B是电源负极，A是电源正极；与A极相连的电极为电解池的阳极，电极材料是Fe，Fe发生氧化反应，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋。

故答案为：Fe－2e－===Fe2＋；

(3)B极是阴极，发生还原反应，少量Cr2O在B极上直接放电被还原为Cr3＋，电解质溶液呈酸性，则电极反应式为Cr2O＋14H＋＋6e－===2Cr3＋＋7H2O。

故答案为：Cr2O＋14H＋＋6e－===2Cr3＋＋7H2O；

(4)①由图可知，曲线Ⅱ对应pH＝4时，溶液中铬元素去除率最大，且所用时间最短，反应速率快；曲线Ⅲ对应pH＝6时，铬元素去除率最终与pH＝4相同，但所用时间较长，反应速率比pH＝4慢；图中曲线Ⅰ、Ⅳ 对应的铬元素去除率偏低，故最佳pH范围为4～6，答案选b。

故答案选：b；

②由题给信息可知，去除废水中的铬元素，最终要生成Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀排出。曲线Ⅰ的pH＝2，酸性较强，此时Cr(Ⅵ)被还原生成的Cr3＋难以生成Cr(OH)3沉淀，仍以Cr3＋形式存在于溶液中，导致铬元素去除率较低；曲线Ⅳ的pH＝10，溶液呈碱性，促使平衡Cr2O3-＋H2O2CrO＋2H＋正向移动，铬元素主要以CrO形式存在，其氧化能力弱于Cr2O，Cr(Ⅵ)难以被还原并生成沉淀，导致铬元素去除率较低。

故答案为：曲线Ⅰ的pH较小，此时Cr(Ⅵ)被还原生成的Cr3＋难以生成Cr(OH)3沉淀，仍以Cr3＋形式存在于溶液中，导致去除率较低；曲线Ⅳ的pH较大，铬元素主要以CrO42-形式存在，其氧化能力弱于Cr2O72-，Cr(Ⅵ)难以被还原并生成沉淀，导致去除率较低。