Question

氰化法冶金过程中产生大量的含氰废水(主要包括CN^-、Cu(CN)₃^2-、SO₃^2-等离子)，可以通过沉淀——电解氧化法进行处理，某小组同学对该过程进行模拟。

资料1：溶液中存在平衡Cu(CN)₃^2-CuCN↓+2CN^-

资料2：2Cu²⁺+4CN^-=2CuCN ↓+(CN)₂

(1)利用CuCl₂溶液对含氰废水进行初步沉淀处理。溶液中总氰(CN_T)、游离氰(CN^-)的去除率随CuCl₂加入量变化趋势如图所示。

CuCl₂加入量对总氰(CN_T)、游离氰(CN^-)去除率的影响

①请用平衡移动原理解释，随着CuCl₂加入量增大(3.0 g以前)，溶液中总氰(CN_T)、游离氰(CN^-)的去除率变化趋势_________。

②在SO₃^2-的作用下，CuCl₂可将废水中的Cu(CN)₃^2-直接转化为CuCN沉淀，该过程的离子方程式为__________。

(2)利用钛电极对沉淀后的废液中残留的CN^-等离子进一步进行电解处理，在一定的电压下，在阳极观察到明显的气泡，经检验，其主要成分为N₂和CO₂。该小组同学实验时发现，若将(1)中沉淀剂CuCl₂换为CuSO₄，电解法几乎不能去除CN^-。

①下列关于电解氧化法处理废水的说法正确的是__________。

A．阳极处观察到的气泡主要是由于 CN^-在阳极放电产生的

B．电解结束之后，该小组同学在阴极处能回收金属铜

C．电解法处理过程中，Cu(CN)₃^2-向阳极迁移

②CN^-中包含碳氮三键，该离子中碳元素的化合价为 ______。

③请用化学用语解释电解过程中Cl^-的作用：_________。

Answer

溶液中总氰和游离氰的去除率均随CuCl2加入量的增加而增加。根据已知信息 ii.游离氰可直接和铜离子反应，c(CN-)降低，平衡Cu(CN)32-CuCN↓+ 2CN-正向移动，使溶液中Cu(CN)32-降低，形成 CuCN 沉淀，去除率增加。 2Cu2++Cu(CN)32-+SO32-+H2O=3CuCN↓+2H+ +SO42- BC +2 阳极：2Cl--2e-=Cl2↑；生成的Cl2继续将溶液中的CN-氧化成N2和CO2，5Cl2 +2CN-+4H2O=10Cl- +2CO2↑+ N2↑+ 8H+，从而将溶液中的 CN-去除。

【解析】

(1)①根据溶液中随着CuCl2加入量总氰(CNT)、游离氰(CN-)去除率与CuCl2的变化趋势分析判断；

②Cu2+、Cu(CN)32-、SO32-会发生氧化还原反应，根据原子守恒、电子守恒和电荷守恒，书写反应的离子方程式；

(2)①电解时，阳极上CN-失去电子被氧化产生N2、CO2，溶液中阳离子向阴极定向移动，阴离子向阳极定向移动；

②CN-中包含碳氮三键，根据C、N元素非金属性强弱判断该离子中碳元素的化合价；

③Cl-在电解时产生Cl2，Cl2具有氧化性，可氧化CN-为N2、CO2。

(1)①由图象可知：随着CuCl2加入，在CuCl2加入量小于3.0 g前，溶液中总氰和游离氰的去除率均随CuCl2加入量的增加而增加，这是由于根据信息 ii.游离氰可直接和铜离子反应，使溶液中c(CN-)降低，电离平衡平衡Cu(CN)32-CuCN↓+ 2CN-正向移动，使溶液中Cu(CN)32-降低，形成CuCN沉淀，从而使去除率增加；

②Cu2+、Cu(CN)32-、SO32-会发生氧化还原反应产生CuCN沉淀、SO42-，根据原子守恒、电子守恒和电荷守恒，可得该反应的离子方程式为：2Cu2++Cu(CN)32-+SO32-+H2O=3CuCN↓+2H++SO42-；

(2)①A．利用钛电极对沉淀后的废液中残留的CN- 等离子进一步进行电解处理，在一定的电压下，阳极上Cl-失去电子变为Cl2，Cl2将CN-氧化产生N2、CO2，因此可在阳极观察到明显的气泡，A错误；

B．在阴极上溶液中的Cu2+得到电子变为Cu单质析出，因此电解结束之后，该小组同学在阴极处能回收金属铜，B正确；

C．电解时，溶液中阳离子向阴极定向移动，阴离子Cu(CN)32-会向阳极定向移动，C正确；

故合理选项是BC；

②CN-中包含碳氮三键，由于元素的非金属性C＜N，所以共用电子对偏向N元素，使C元素显示正化合价，该离子中带1个单位负电荷，碳元素的化合价数值为3-1=2，所以C化合价为+2价；

③在一定的电压下，在阳极观察到明显的气泡，经检验，其主要成分为N2和CO2。该小组同学实验时发现，若将(1)中沉淀剂CuCl2换为CuSO4，电解法几乎不能去除CN-。说明在电解时，阳极发生反应：2Cl--2e-=Cl2↑；生成的Cl2继续将溶液中的CN-氧化成N2和CO2，发生了反应5Cl2+2CN-+4H2O=10Cl-+2CO2↑+ N2↑+ 8H+，从而将溶液中的CN-去除，而SO42-在溶液中不能失去电子，因此电解方法使用CuSO4，电解法几乎不能去除CN-。