Question

【題目】工、農業廢水以及生活污水中濃度較高的會造成氮污染。工業上處理水體中的一種方法是零價鐵化學還原法。某化學小組用廢鐵屑和硝酸鹽溶液模擬此過程，實驗如下。

（1）先用稀硫酸洗去廢鐵屑表面的鐵銹，然后用蒸餾水將鐵屑洗凈。

①除銹反應的離子反程式是__________。

②判斷鐵屑洗凈的方法是__________。

（2）將KNO3溶液的pH調至2.5。從氧化還原的角度分析調低溶液pH的原因是__________。

（3）將上述處理過的足量鐵屑投入（2）的溶液中。如圖表示該反應過程中，體系內相關離子濃度、pH隨時間變化的關系。請根據圖中信息回答：

①t1時刻前該反應的離子方程式是__________。

②t2時刻后，該反應仍在進行，溶液中的濃度在增大，Fe2+的濃度卻沒有增大，可能的原因是__________。

（4）鐵屑與KNO3溶液反應過程中向溶液中加入炭粉，可以增大該反應的速率，提高的去除效果，其原因是__________。

【答案】 Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O 測最后一次洗滌液的pH，若為7，則說明鐵屑已洗凈（或取少量最后一次洗滌液加入BaCl2溶液，若無明顯現象，則說明鐵屑已洗凈） 在酸性條件下的氧化性強，易被鐵屑還原 4Fe++10H+=4Fe2+++3H2O 生成的Fe2+水解 炭粉和鐵構成了無數微小的原電池加快反應速率

【解析】(1). ①. 鐵銹的主要成分是Fe2O3，與稀硫酸反應生成硫酸鐵和水，反應的離子方程式為：Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O，故答案為：Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O；

②. 判斷鐵屑是否洗凈的方法是測最后一次洗滌液的pH，若為7，則說明鐵屑已洗凈，故答案為：測最后一次洗滌液的pH，若為7，則說明鐵屑已洗凈；

(2). pH調至2.5，是因為NO3－在酸性條件下的氧化性強，易被鐵屑還原，故答案為：NO3－在酸性條件下的氧化性強，易被鐵屑還原；

(3). ①. 根據圖示可知，在t1時刻前，硝酸根離子、氫離子濃度逐漸減小，亞鐵離子濃度增大，則在t1時刻前是金屬鐵和硝酸之間的反應，即4Fe+NO3－+10H+=4Fe2++NH4＋+3H2O，故答案為：4Fe+NO3－+10H+=4Fe2++NH4＋+3H2O；

②. 根據反應4Fe+NO3－+10H+=4Fe2++NH4＋+3H2O可知，溶液中NH4＋的濃度在增大，Fe2+的濃度卻沒有增大，所以原因是生成的Fe2+水解所致，故答案為：生成的Fe2+水解；

(4). 構成原電池可以加快化學反應速率，炭粉和鐵屑構成了無數微小的原電池加快反應速率，故答案為：炭粉和鐵構成了無數微小的原電池加快反應速率。

點睛：本題主要考查硝酸、鐵及其化合物的化學性質，試題難度中等。熟練掌握硝酸的化學性質和鐵及其化合物的性質是解答本題的關鍵，本題的難點是第（3）問，解答本問時，需先仔細審圖，根據圖示得出t1時刻前，硝酸根離子、氫離子濃度是逐漸減小的，亞鐵離子濃度是逐漸增大的，所以t1時刻前是金屬鐵和硝酸之間的反應，隨著反應的進行，溶液中銨根離子濃度在增大，亞鐵離子的濃度卻沒有增大，說明是生成的亞鐵離子發生了水解反應，據此解答本題即可。

【題型】綜合題
【結束】
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【題目】含有K2Cr2O7的廢水具有較強的毒性，工業上常用鋇鹽沉淀法處理含有K2Cr2O7的廢水并回收重鉻酸，具體的流程如下：

已知：CaCr2O7、BaCr2O7易溶于水，其它幾種鹽在常溫下的溶度積常數如下表所示。

物質	CaSO4	CaCrO4	BaCrO4	BaSO4
溶度積	9.1×10-6	2.30×10-2	1.17×10-10	1.08×10-10

（1）用離子方程式表示K2Cr2O7溶液中同時存在K2CrO4的原因（將離子方程式補充完整）：

+__________=+__________。____________

（2）向濾液1中加入BaCl2·2H2O的目的，是使從溶液中沉淀出來。

①結合上述流程說明熟石灰的作用：__________。

②結合表中數據，說明選用Ba2+而不選用Ca2+處理廢水的理由：__________。

③研究溫度對沉淀效率的影響。實驗結果如下：在相同的時間間隔內，不同溫度下的沉淀率，如下圖所示。

已知：BaCrO4(s) Ba2+(aq)+ ΔH>0

的沉淀效率隨溫度變化的原因是__________。

（3）向固體2中加入硫酸，回收重鉻酸。

①硫酸濃度對重鉻酸的回收率如下圖所示。結合化學平衡移動原理，解釋使用0.450mol/L的硫酸時，重鉻酸的回收率明顯高于使用0.225mol/L的硫酸的原因：__________。

②回收重鉻酸的原理如圖所示。當硫酸濃度高于0.450mol/L時，重鉻酸的回收率沒有明顯變化，其原因是__________。

（4）綜上所述，沉淀BaCrO4并進一步回收重鉻酸的效果與__________有關。

Answer 1

【答案】 1 H2O 2 2 H+ 沉淀；調節溶液pH，使轉化為而沉淀 BaCrO4比CaCrO4更難溶，可以使沉淀更完全 溫度升高，沉淀速率加快 c(H2SO4)增大，則c()增大，與Ba2+生成沉淀，促進BaCrO4(s) Ba2+(aq)+ (aq)ΔH>0平衡右移，c()增大；同時，c(H+)也增大，共同促進+H2O +2H+平衡左移，有利于生成更多的H2Cr2O7 BaSO4與BaCrO4溶解度接近，c(H2SO4)越大，越有利于生成BaSO4，包裹在BaCrO4外，使其難于接觸H2SO4，阻礙重鉻酸生成 受到溶液pH、溫度、H2SO4濃度、BaCrO4顆粒大小等影響

【解析】含有K2Cr2O7的廢水同時含有SO42，加入適量熟石灰過濾得到的固體1為硫酸鈣和濾液1，向濾液1中加入BaCl22H2O的目的是使CrO42從溶液中沉淀出來，過濾得到固體2為BaCrO4，濾液2檢測CrO42含量達標，向固體2中加入硫酸，回收重鉻酸，同時生成固體3為硫酸鋇沉淀。

(1). K2Cr2O7溶液中同時存在K2CrO4的原因是重鉻酸根離子在水溶液中存在化學平衡生成鉻酸根離子和氫離子，反應的離子方程式為Cr2O72+H2O2CrO42+2H+，故答案為：1、H2O、2、2、H+；

(2). ①. 根據表中物質的溶度積常數可知，熟石灰的作用是沉淀硫酸根離子，調節溶液pH使Cr2O72轉化為CrO42而沉淀，故答案為：沉淀SO42－，調節溶液pH，使Cr2O72轉化為CrO42而沉淀；

②. 根據表中數據可知，BaCrO4比CaCrO4更難溶，所以選用Ba2+處理廢水可以使CrO42沉淀更完全，故答案為：BaCrO4比CaCrO4更難溶，可以使CrO42沉淀更完全；

③. 根據圖象可知，CrO42的沉淀率隨溫度升高增大，沉淀速率加快，故答案為；溫度升高，沉淀速率加快；

(3). ①. c(H2SO4)增大，則c(SO42－)增大，與Ba2+生成沉淀，促使BaCrO4(s) Ba2+(aq)+CrO42(aq)平衡右移，使c(CrO42)增大，同時c(H+)也增大，共同促使Cr2O72+H2O2CrO42+2H+平衡左移，可以生成更多的H2Cr2O7，故答案為：c(H2SO4)增大，則c(SO42－)增大，與Ba2+生成沉淀，促使BaCrO4(s) Ba2+(aq)+CrO42(aq)平衡右移，c(CrO42)增大，同時c(H+)也增大，共同促使Cr2O72+H2O2CrO42+2H+平衡左移，可以生成更多的H2Cr2O7；

②. 根據表中各物質的溶度積常數可知，BaSO4與BaCrO4溶解度比較接近，c(H2SO4)越大，越有利于生成BaSO4，包裹在BaCrO4外，使其難與H2SO4接觸，阻礙重鉻酸生成，故答案為：BaSO4與BaCrO4溶解度接近，c(H2SO4)越大，越有利于生成BaSO4，包裹在BaCrO4外，使其難于接觸H2SO4，阻礙重鉻酸生成；

(4). 根據上述分析可知，沉淀BaCrO4并進一步回收重鉻酸的效果與溫度、濃度、溶液pH、硫酸濃度、沉淀顆粒等有關，受到溶液pH、溫度、H2SO4濃度、BaCrO4顆粒大小等因素的影響，故答案為：受到溶液pH、溫度、H2SO4濃度、BaCrO4顆粒大小等影響。