Question

【題目】含鉻（Ⅵ）廢水能誘發(fā)致癌，對人類和自然環(huán)境有嚴(yán)重的破壞作用。利用Cu2O光催化可以處理含有Cr2O72－的廢水。

Ⅰ．制取Cu2O

（1）電解法：利用銅和鈦?zhàn)鲭姌O，電解含有NaCl和NaOH的溶液時(shí)，反應(yīng)只消耗了銅和水，體系pH及Cl－濃度維持不變（溶液體積變化忽略不計(jì)）。陽極電極反應(yīng)式是_______。

（2）還原法：控制100℃、pH=5的條件時(shí)，利用亞硫酸鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)可以制得Cu2O，同時(shí)產(chǎn)生SO2氣體。反應(yīng)過程中需要不斷地加入燒堿，其原因是_______。

Ⅱ．利用Cu2O光催化處理含Cr2O72－的廢水的研究。

（1）光照射到Cu2O光催化劑上產(chǎn)生光催化反應(yīng)，Cr2O72－和H2O分別在光催化反應(yīng)中形成的微電極上發(fā)生電極反應(yīng)，反應(yīng)原理如圖所示。寫出Cr2O72－轉(zhuǎn)化Cr3+的電極反應(yīng)：_______。

（2）研究中對Cu2O的作用提出兩種假設(shè)：

a．Cu2O作光催化劑；b．Cu2O與Cr2O72－發(fā)生氧化還原反應(yīng)。

已知：Cu2O的添加量是2×10-4mol/L，Cr2O72－的初始濃度是1×10-3mol/L；對比實(shí)驗(yàn)（pH=3.0且其他條件相同），反應(yīng)1.5小時(shí)結(jié)果如圖所示。結(jié)合試劑用量數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得到的結(jié)論是_______，依據(jù)是_______。

（3）溶液的pH對Cr2O72－降解率的影響如圖所示。

已知：Cu2OCu+CuSO4；酸性越大，Cr2O72－被還原率越大。

①pH分別為2、3、4時(shí)，Cr2O72－的降解率最好的是___________，其原因是___________。

②已知pH=5時(shí)，會(huì)產(chǎn)生Cr(OH)3沉淀。pH=5時(shí)，Cr2O72－的降解率低的原因是___________。

Answer 1

【答案】2Cu-2e－+2OH－=Cu2O+H2O 2Cu2++SO32-+2H2O=Cu2O+4H++SO42-，反應(yīng)過程中溶液的酸性不斷地增強(qiáng)，為控制pH=5的反應(yīng)條件，所以需要加入燒堿 Cr2O72—+14H++6e－=2Cr3++7H2O Cu2O作光催化劑 若發(fā)生氧化還原反應(yīng)，則存在比例：3Cu2O—Cr2O72-，計(jì)算得：1×10-3×3×70%=2.1×10-3＞2×10-4mol/L；實(shí)驗(yàn)可以看到只有氧化亞銅和只有光照時(shí)，Cr2O72-的轉(zhuǎn)化率很低，說明反應(yīng)條件是光照條件下和Cu2O同時(shí)存在 3 pH<2.5時(shí)Cu2O會(huì)歧化（轉(zhuǎn)化）為Cu和Cu2+，所以不選pH=2；酸性越大，Cr2O72-被還原率越大，pH=3酸性強(qiáng)于pH=4的溶液，所以選擇pH=3 pH=5時(shí)，會(huì)產(chǎn)生Cr(OH)3沉淀，沉淀覆蓋在催化劑Cu2O表面，影響反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行

【解析】

Ⅰ．（1）反應(yīng)只消耗了銅和水，說明銅在陽極放電，陽極電極反應(yīng)式是2Cu-2e－+2OH－=Cu2O+H2O。故答案為：2Cu-2e－+2OH－=Cu2O+H2O；

（2）利用亞硫酸鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)可以制得Cu2O，同時(shí)產(chǎn)生SO2氣體。反應(yīng)過程中需要不斷地加入燒堿，其原因是：2Cu2++SO32-+2H2O=Cu2O+4H++SO42-，反應(yīng)過程中溶液的酸性不斷地增強(qiáng)，為控制pH=5的反應(yīng)條件，所以需要加入燒堿。故答案為：2Cu2++SO32-+2H2O=Cu2O+4H++SO42-，反應(yīng)過程中溶液的酸性不斷地增強(qiáng)，為控制pH=5的反應(yīng)條件，所以需要加入燒堿；

Ⅱ．（1）負(fù)極是水中-2價(jià)的氧失電子，而正極Cr2O72－轉(zhuǎn)化Cr3＋，電極反應(yīng)為：Cr2O72－+14H＋+6e－=2Cr3＋+7H2O；故答案為：Cr2O72－+14H＋+6e－=2Cr3＋+7H2O；

（2）若發(fā)生氧化還原反應(yīng)，則存在比例：3Cu2O-Cr2O72－，計(jì)算9.60×10-4×3×69.5%=2.00×10-3＞1.74×10-4mol·L－1；實(shí)驗(yàn)可以看到只有氧化亞銅和只有光照時(shí)，Cr2O72－的轉(zhuǎn)化率很低，說明反應(yīng)條件是光照條件下和Cu2O同時(shí)存在，故答案為：Cu2O作光催化劑；3Cu2O-Cr2O72－，計(jì)算9.60×10-4×3×69.5%=2.00×10-3＞1.74×10-4mol·L－1；實(shí)驗(yàn)可以看到只有氧化亞銅和只有光照時(shí)，Cr2O72－的轉(zhuǎn)化率很低，說明反應(yīng)條件是光照條件下和Cu2O同時(shí)存在；

（3）①由圖可知：pH＜2.5時(shí)Cu2O會(huì)歧化（轉(zhuǎn)化）為Cu 和Cu2＋，故答案為：pH=3；pH＜2.5時(shí)Cu2O會(huì)歧化（轉(zhuǎn)化）為Cu 和Cu2＋，所以不選pH=2；酸性越大，Cr2O72－被還原率越大，pH=3酸性強(qiáng)于pH=4的溶液，所以選擇pH=3；

②pH=5時(shí)，會(huì)產(chǎn)生Cr（OH）3沉淀覆蓋在催化劑Cu2O表面，故答案為：pH=5時(shí)，會(huì)產(chǎn)生Cr（OH）3沉淀，沉淀覆蓋在催化劑Cu2O表面，影響反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。