K2Cr2O7是一种有致癌性的强氧化剂,含Cr2O72—的酸性工业废水必须经过处理才能排放。工业上通常采用Fe电极电解法处理,调节pH值使之以Cr(OH)3沉淀形式除去。某化学兴趣小组在实验室里探究了该处理工艺,具体实验日志如下:
I.原理探查
查阅文献发现,电解时阳极产生Fe2+,在阴极附近(如图),Cr2O72—被Fe2+还原成Cr3+,而Fe3+则在阴极表面还原为Fe2+,如此循环。
(1)用离子方程式表示Cr2O72—与Fe2+的反应:______________________________。
II.实验探究
实验一:探究不同电压对Cr2O72-降解效率的影响
各取6份100 mL 1 mol/L 酸性K2Cr2O7溶液,均以Fe为电极,分别用不同电压电解5 min。取电解后溶液10 mL,测定Cr2O72-的含量,所测溶液中Cr2O72-物质的量与电解电压关系如下图所示。(假设电解前后溶液体积不变)
(2)实验结果显示,最佳电解电压应选择_______V。
(3)电压为6 V时,用Cr2O72-表示5 min内平均反应速率为_________mol·L—1·min—1。
(4)当电压高于3 V时,阴阳两极在电解过程中不断有气泡产生,且测得体积比约等于2:1。因此,阳极产生气泡的电极反应式为:__________________________________。
实验二:探究其他影响Cr2O72-降解效率的因素
以1A电流电解500mL K2Cr2O7稀溶液,通电时间30min,考察影响Cr2O72-降解效率的其他因素。具体方法和数据如下表所示。
实验组 | ① | ② | ③ | ④ | |
加入硫酸铁 /g | 0 | 0 | 5.0 | 0 | |
加入浓硫酸 /mL | 0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | |
电极材料 | 阴极 | 石墨 | 石墨 | 石墨 | 石墨 |
阳极 | 石墨 | 石墨 | 石墨 | 铁 | |
Cr2O72-浓度 / mol·L-1 | 初始 | 0.00651 | 0.00651 | 0.00651 | 0.00651 |
结束 | 0.00645 | 0.00568 | 0.00516 | 0.00278 |
(5)以上实验中,Cr2O72-降解效率最高的是实验组_____(填编号),该实验组阳极电极反应式为:__________________________________。
(6)对比②和③,Cr2O72-降解效率③>②的原因是:__________________________。
(7)由实验组①和②,可认为Cr2O72-能直接在阴极放电还原,电极反应式为:__________________________________。
(8)法拉第提出了电解定律,为电化学的发展作出了巨大贡献。根据法拉第电解定律: Q=It=n(e-)F,[I为电流强度单位为A,t为时间单位为s,n(e-)为通过电路的电子的物质的量,F为法拉第常数(每摩电子电量,F=96500 C·mol-1)],则实验组②中的电流效率=______________。(保留三位有效数字;假设电解前后溶液体积不变,且没有副反应发生。)
高二化学综合题中等难度题
K2Cr2O7是一种有致癌性的强氧化剂,含Cr2O72—的酸性工业废水必须经过处理才能排放。工业上通常采用Fe电极电解法处理,调节pH值使之以Cr(OH)3沉淀形式除去。某化学兴趣小组在实验室里探究了该处理工艺,具体实验日志如下:
I.原理探查
查阅文献发现,电解时阳极产生Fe2+,在阴极附近(如图),Cr2O72—被Fe2+还原成Cr3+,而Fe3+则在阴极表面还原为Fe2+,如此循环。
(1)用离子方程式表示Cr2O72—与Fe2+的反应:______________________________。
II.实验探究
实验一:探究不同电压对Cr2O72-降解效率的影响
各取6份100 mL 1 mol/L 酸性K2Cr2O7溶液,均以Fe为电极,分别用不同电压电解5 min。取电解后溶液10 mL,测定Cr2O72-的含量,所测溶液中Cr2O72-物质的量与电解电压关系如下图所示。(假设电解前后溶液体积不变)
(2)实验结果显示,最佳电解电压应选择_______V。
(3)电压为6 V时,用Cr2O72-表示5 min内平均反应速率为_________mol·L—1·min—1。
(4)当电压高于3 V时,阴阳两极在电解过程中不断有气泡产生,且测得体积比约等于2:1。因此,阳极产生气泡的电极反应式为:__________________________________。
实验二:探究其他影响Cr2O72-降解效率的因素
以1A电流电解500mL K2Cr2O7稀溶液,通电时间30min,考察影响Cr2O72-降解效率的其他因素。具体方法和数据如下表所示。
实验组 | ① | ② | ③ | ④ | |
加入硫酸铁 /g | 0 | 0 | 5.0 | 0 | |
加入浓硫酸 /mL | 0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | |
电极材料 | 阴极 | 石墨 | 石墨 | 石墨 | 石墨 |
阳极 | 石墨 | 石墨 | 石墨 | 铁 | |
Cr2O72-浓度 / mol·L-1 | 初始 | 0.00651 | 0.00651 | 0.00651 | 0.00651 |
结束 | 0.00645 | 0.00568 | 0.00516 | 0.00278 |
(5)以上实验中,Cr2O72-降解效率最高的是实验组_____(填编号),该实验组阳极电极反应式为:__________________________________。
(6)对比②和③,Cr2O72-降解效率③>②的原因是:__________________________。
(7)由实验组①和②,可认为Cr2O72-能直接在阴极放电还原,电极反应式为:__________________________________。
(8)法拉第提出了电解定律,为电化学的发展作出了巨大贡献。根据法拉第电解定律: Q=It=n(e-)F,[I为电流强度单位为A,t为时间单位为s,n(e-)为通过电路的电子的物质的量,F为法拉第常数(每摩电子电量,F=96500 C·mol-1)],则实验组②中的电流效率=______________。(保留三位有效数字;假设电解前后溶液体积不变,且没有副反应发生。)
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重铬酸钾(K2Cr2O7)是一种强氧化剂,在实验室和工业中都有很广泛的应用。同时,由于其具有致癌作用,也是环境污染物之一,必须进行处理。工业上通常以铬铁矿(主要成分为FeO•Cr2O3,另外还含有SiO2、Al2O3等杂质)为原料制备重铬酸钾,主要流程如下图所示:
已知:①NaFeO2遇水强烈水解,生成红褐色物质;
②2CrO42—(黄色)+2H+Cr2O72—(橙色)+H2O
请回答下列问题:
Ⅰ.(1)滤液1的溶质除Na2CrO4、Na2SiO3外,还含有(填化学式)_________________;
(2)由滤液2转化为Na2Cr2O7溶液过程中,能说明反应达平衡状态的是_______(填字母代号);
a.溶液的颜色不变 b.v (CrO42—)= 2v (Cr2O72—) c.Cr2O72—和CrO42—的浓度相同
(3)向Na2Cr2O7溶液中加入KCl固体,获得K2Cr2O7晶体的操作依次是:加热浓缩、______________、过滤、洗涤、干燥。
Ⅱ.工业废水中常含有一定量的Cr2O72—和CrO42—,常用还原沉淀法处理。该方法的工艺流程为:
(4)请写出Cr2O72―与FeSO4溶液在酸性条件下反应的离子方程式___________________;
(5)已知常温下,Cr(OH)3的溶度积Ksp=10-32,要使第步过程中c(Cr3+)降至10-5mol/L,溶液的pH应调至__________________________。
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现以甲醇燃料电池,采用电解法来处理酸性含铬废水(主要含有Cr2O72‾)时,实验室利用如图装置模拟该法:
(1)N电极的电极反应式为______________________.
(2)请完成电解池中Cr2O72‾转化为Cr3+的离子反应方程式:______________
Cr2O72‾+ Fe2++ ═ Cr3++ Fe3++
(3)处理废水时,最后Cr3+以Cr(OH)3形式除去,当c(Cr3+)=1×10‾5mol•L﹣1 时,Cr3+沉淀完全,此时溶液的pH=_______. (已知,Ksp=6.4×10‾31,lg2=0.3)
(4)若燃料电池改用KOH溶液作电解质溶液,则M极的电极反应式为:____________________
(5)已知H2B在溶液中的电离方程式:H2B=H++HB﹣,HB﹣⇌H++B2﹣.下列叙述一定正确的是(____)
A.Na2B溶液存在H2B B.NaHB溶液一定显碱性
C.NaHB溶液一定显酸性 D.NaHB溶液与稀盐酸反应的离子方程式是HB﹣+H+=H2B
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(8分)工业上为了处理有Cr2O72—的酸性废水,采用下面的处理方法:往工业废水里加入适量的NaCl,以Fe为电极进行电解,经过一段时间后,有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀生成,工业废水中Cr3+的浓度若低于10—5mol/L可符合排放标准。回答下列问题:
(1)电解时阳极上发生的电极反应式: ;
(2)写出Cr2O72—变为Cr3+的离子方程式 ;
(3)工业废水由酸性变为碱性的原因是 ;
(4)已知室温下Cr(OH)3的KSP=1×10—32,则该温度下符合排放标准的溶液的最低pH为 。
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(9分)工业上为了处理含有Cr2O72-的酸性工业废水,采用下面的处理方法:往工业废水中加入适量的NaCl,以Fe为电极进行电解,经过一段时间,有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀生成,工业废水中铬的含量已低于排放标准。请回答下列问题。
(1)两极发生的电极反应式:阴极:_______________阳极:______________________
(2)写出Cr2O72-变为Cr3+的离子方程______________________________________。
(3)工业废水由酸性变为碱性的原因_______________________________________。
(4)________(填“能”或“不能”)改用石墨电极
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工业上为了处理含有Cr2O72-的酸性工业废水,采用下面的处理方法:往工业废水中加入适量NaCl,以铁为电极进行电解,经过一段时间,有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀生成,工业废水中铬元素的含量已低于排放标准。关于上述方法,下列说法错误的是
A.阳极反应:Fe-2e-=Fe2+
B.阴极反应:2H++2e-=H2↑
C.在电解过程中工业废水由酸性变为碱性
D.可以将铁电极改为石墨电极
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如图所示,某工厂采用电解法处理含铬(Cr2O72﹣)酸性废水,其中,耐酸电解槽以铁板作阴、阳极,电解后,溶液中的Cr2O72﹣全部变为Cr3+,下列说法不正确的是
A.M与电源的正极相连 B.出液口排出的溶液中还含有Fe3+
C.N极电极反应为2H++2e﹣==H2↑ D.阴极区附近溶液pH降低
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CrO3和K2Cr2O7均易溶于水,这是工业上造成铬污染的主要原因。净化处理方法之一是将含+6价Cr的废水放入电解槽内,用铁作阳极,加入适量的NaCl进行电【解析】
阳极区生成的Fe2+和Cr2O72-发生反应,生成的Fe3+和Cr3+在阴极区与OH-结合生成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀除去(已知Ksp Fe(OH)3=4.0×10-38,Ksp Cr(OH)3=6.0×10-31)。已知电解后的溶液中c(Fe3+)为4×10-14 mol·L-1,此时溶液的pH(室温下测得)和溶液中c(Cr3+)分别为
A. 6; 6×10-7 mol·L-1 B. 7; 1×10-5 mol·L-1
C. 7 ; 4×10-8 mol·L-1 D. 6; 1× 10-5 mol·L-1
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工业上为了处理含有Cr2O酸性工业废水,采用下面的处理方法:往工业废水中加入适量的NaCl,以Fe为电极进行电解,经过一段时间,有Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀生成,经处理后的工业废水中铬(Cr)的含量已低于排放标准。请回答下列问题:
(1)电极反应式:阳极___,阴极___。
(2)写出Cr2O变为Cr3+的离子方程式___。
(3)工业废水pH升高的原因___。
(4)该装置中不能改用石墨电极,原因是___。
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某工厂采用电解法处理含铬废水,耐酸电解槽用铁板作阴、阳极,槽中盛放含铬废水,原理示意图如右,下列说法不正确的是
A.A为电源正极
B.阴极区附近溶液pH降低
C.阳极区溶液中发生的氧化还原反应为Cr2O72-+6Fe2++14H+===2Cr3++6Fe3++7H2O
D.若不考虑气体的溶解,当收集到H2 13.44 L(标准状况)时,有0.1 mol Cr2O72-被还原
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