题目

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,可采用多种方法处理将其除去。查阅资料可知:①在酸性环境下,通常以的形式存在,。②的氧化能力强于。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:阳离子开始沉淀的pH1.97.04.3沉淀完全的pH3.29.05.6I.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中正确的是__________(填字母序号)。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,有和沉淀生成排出,从而使废水中铬含量低下排放标准。装置如下图所示。(2)A极连接电源的__________极,A极上的电极反应式是_______________________________。(3)电解开始时,B极上主要发生的电极反应为,此外还有少量在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,通电吋间(t)与溶液中Cr元素去除率的关系如下图所示。①由图知,电解还原法应采取的最佳pH范围为____________。a.2~4 b.4~6 c.6~10②解释曲线I和曲线IV去除率低的原因:_________________________。(1)ac(2)正;(3)(4)①b ②曲线I的pH较小,此时Cr(VI)被还原生成的难以生成沉淀,仍以形式存在于溶液中,导致去除率较低,曲线IV的pH较大,铬元素主要以形式存在,其氧化能力弱于,Cr(VI)难以被还原继而生成沉淀,导致去除率较低(1)铁屑、焦炭、酸性含铬废水形成原电池,铁作负极,焦炭作正极;负极上Fe失电子生成,具有还原性,可以将Cr(VI)还原;正极上得到电子生成氢气,使焦炭表面有气泡产生。(2)B极生成氢气,因此是阴极,所以A为阳极,连接电源正极,电极反应式为。(3)B极是阴极,得到电子发生还原反应的电极反应式为。(4)①由题图知,pH=4和pH=6时Cr元素去除率较高,因此电解还原法应采取的最佳pH范围为4~6。

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,可采用多种方法处理将其除去。查阅资料可知:
①在酸性环境下,通常以的形式存在,。
②的氧化能力强于。
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:
阳离子
开始沉淀的pH1.97.04.3
沉淀完全的pH3.29.05.6
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中正确的是__________(填字母序号)。
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,有和沉淀生成排出,从而使废水中铬含量低下排放标准。装置如下图所示。
(2)A极连接电源的__________极,A极上的电极反应式是_______________________________。
(3)电解开始时,B极上主要发生的电极反应为,此外还有少量在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,通电吋间(t)与溶液中Cr元素去除率的关系如下图所示。
①由图知,电解还原法应采取的最佳pH范围为____________。
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:_________________________。
(1)ac
(2)正;
(3)
(4)①b ②曲线I的pH较小,此时Cr(VI)被还原生成的难以生成沉淀,仍以形式存在于溶液中,导致去除率较低,曲线IV的pH较大,铬元素主要以形式存在,其氧化能力弱于,Cr(VI)难以被还原继而生成沉淀,导致去除率较低
(1)铁屑、焦炭、酸性含铬废水形成原电池,铁作负极,焦炭作正极;负极上Fe失电子生成,具有还原性,可以将Cr(VI)还原;正极上得到电子生成氢气,使焦炭表面有气泡产生。
(2)B极生成氢气,因此是阴极,所以A为阳极,连接电源正极,电极反应式为。
(3)B极是阴极,得到电子发生还原反应的电极反应式为。
(4)①由题图知,pH=4和pH=6时Cr元素去除率较高,因此电解还原法应采取的最佳pH范围为4~6。

题目解答

答案

解析

考查要点：

  1. 原电池原理的应用：判断正极材料的作用及反应现象。
  2. 电解池工作原理：电极反应式的书写及电极材料的选择。
  3. pH对化学平衡的影响：分析不同pH条件下铬的形态及其对去除率的影响。

解题核心思路：

  • 腐蚀电池法中，铁作负极被氧化，焦炭作正极发生还原反应，析出氢气。
  • 电解还原法中，阳极铁失电子生成Fe²⁺，阴极H⁺放电生成H₂，同时Cr₂O₇²⁻被还原。
  • pH对去除率的影响需结合Cr³⁺的沉淀条件及Cr₂O₇²⁻与CrO₄²⁻的氧化能力差异分析。

I. 腐蚀电池法

(1) 焦炭的作用

关键点：

  • 铁、焦炭、酸性溶液构成原电池，铁为负极，焦炭为正极。
  • 正极反应：$2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2\uparrow$，因此焦炭表面有气泡产生。
  • 焦炭作为正极，不参与氧化反应，故不作还原剂。

结论：选项 ac 正确。

II. 电解还原法

(2) A极的电极反应

关键点：

  • A极连接电源正极，为阳极，铁失电子：
    $Fe - 2e^- \rightarrow Fe^{2+}$

结论：A极连接正极，反应式为 $Fe - 2e^- \rightarrow Fe^{2+}$。

(3) B极的副反应

关键点：

  • B极（阴极）主反应为 $2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2\uparrow$。
  • Cr₂O₇²⁻在阴极直接放电，发生还原反应：
    $Cr_2O_7^{2-} + 6e^- + 14H^+ \rightarrow 2Cr^{3+} + 7H_2O$

结论：电极反应式为 $Cr_2O_7^{2-} + 6e^- + 14H^+ \rightarrow 2Cr^{3+} + 7H_2O$。

(4) pH对去除率的影响

① 最佳pH范围

关键点：

  • pH=4~6时，Cr³⁺易形成Cr(OH)₃沉淀，且Cr₂O₇²⁻氧化性较强，去除率高。

结论：选 b（4~6）。

② 曲线I和IV去除率低的原因

关键点：

  • 曲线I（pH=2）：酸性过强，Cr³⁺未沉淀，仍以离子形式存在。
  • 曲线IV（pH=10）：Cr主要以CrO₄²⁻存在，氧化性弱，难以被还原生成沉淀。

结论：pH过低或过高均导致Cr去除率低。