Question

18．工業(yè)廢水中常含有一定量的Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-，它們會(huì)對(duì)人類及生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生很大損害，必須進(jìn)行處理．常用的處理方法有兩種．
方法1：還原沉淀法．該法的工藝流程為：
CrO₄^2- $→_{①轉(zhuǎn)化}^{H+}$Cr₂O₇^2- $→_{②還原}^{Fe_{2}+}$Cr³⁺ $→_{③沉淀}^{OH-}$Cr（OH）₃↓
其中第①步存在平衡：
2CrO₄^2- （黃色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O
（1）若平衡體系的pH=12，該溶液顯黃色．
（2）不能說明第①步反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)的是ab．
a．Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-的濃度相同      b．2v （Cr₂O₇^2-）=v （CrO₄^2-）      c．溶液的顏色不變
（3）第②步中，還原0.1mol Cr₂O₇^2-離子，需要0.6mol的FeSO₄•7H₂O．
（4）第③步生成的Cr（OH）₃在溶液中存在以下沉淀溶解平衡：
Cr（OH）₃（s）?Cr³⁺（aq）+3OH^-（aq）
常溫下，Cr（OH）₃的溶度積K_sp=c（Cr³⁺）•c³（OH^-）=10^-32，若將溶液的pH調(diào)至5，則溶液中c（Cr³⁺）將降至10^-5mol/L．
方法2：電解法：該法用Fe做電極電解含Cr₂O₇^2-的酸性廢水，隨著電解進(jìn)行，在陰極附近溶液pH升高，產(chǎn)生Cr（OH）₃沉淀．
（5）用Fe做電極的原因?yàn)樘峁┻�原劑Fe²⁺；該電極上的反應(yīng)式為Fe-2e^-═Fe²⁺；溶液中Cr₂O₇^2-被還原的離子方程式為Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；
（6）在陰極附近溶液pH升高的原因是（用電極反應(yīng)解釋）2H⁺+2e^-═H₂↑．溶液中同時(shí)生成的沉淀還有Fe（OH）₃．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)外界條件對(duì)平衡的影響來確定平衡移動(dòng)方向，從而確定溶液顏色變化；
（2）根據(jù)判斷平衡狀態(tài)的方法：V_正=V_逆，或各組分的濃度保持不變則說明已達(dá)平衡，也可根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征：逆、定、動(dòng)、變、等來回答判斷；
（3）在氧化還原反應(yīng)中，化合價(jià)升高值=化合價(jià)降低值=轉(zhuǎn)移電子數(shù)來計(jì)算；
（4）根據(jù)Ksp=c（Cr³⁺）•c³（OH^-）來計(jì)算氫氧根離子離子的濃度，并計(jì)算氫離子濃度和pH的大小；Cr（OH）₃是難溶電解質(zhì)，在溶液中存在沉淀溶解平衡；
（5）陽極是活性電極時(shí)，陽極本身失電子，生成陽離子，Cr₂O₇^2-與亞鐵離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)；
（6）溶液PH升高的原因是溶液中氫離子濃度減少，即氫離子在陰極得電子，PH升高，氫氧根離子濃度增大，離子濃度冪的乘積大于溶度積，所以金屬陽離子會(huì)生成氫氧化物沉淀．

解答 解：（1）pH=12時(shí)溶液呈堿性，2CrO₄^2- （黃色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O向逆向移動(dòng)，溶液呈黃色，故答案為：黃；
（2）對(duì)于平衡：2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O，
a．Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-的濃度相同，不一定平衡，故a錯(cuò)誤；
b．2υ（Cr₂O₇^2-）=υ（CrO₄^2-）不能證明正逆速率相等，所以不是平衡狀態(tài)，故b錯(cuò)誤；
c．溶液的顏色不變，即有色離子濃度不會(huì)再不變，達(dá)到了化學(xué)平衡狀態(tài)，故c正確；
故答案為：ab；
（3）還原0.1mol Cr₂O₇^2-離子，鉻元素化合價(jià)從+6價(jià)降低到+3價(jià)，一共得到電子0.6mol，亞鐵離子被氧化為+3價(jià)，應(yīng)該得到0.6mol電子，所以還原0.1mol Cr₂O₇^2-離子，需要0.6mol的FeSO₄•7H₂O，
故答案為：0.6；
（4）K_sp=c（Cr³⁺）•c³（OH^-）=10^-32，若將溶液的pH調(diào)至5，c（H⁺）=10^-5mol/L，c（OH^-）=10^-9mol/L，c（Cr³⁺）=$\frac{1{0}^{-32}}{（1{0}^{-9}）^{3}}$=mol/L=10^-5mol/L，
故答案為：10^-5；
（5）在電解法除鉻中，鐵作陽極，陽極反應(yīng)為Fe-2e^-═Fe²⁺，以提供還原劑Fe²⁺，與Cr₂O₇^2-發(fā)生氧化還原反應(yīng)，離子方程式為Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
故答案為：提供還原劑Fe²⁺；Fe-2e^-═Fe²⁺；Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；
（6）在陰極附近溶液pH升高的原因是水電離產(chǎn)生的H⁺放電生成H₂：2H⁺+2e^-═H₂↑；同時(shí)大量產(chǎn)生了OH^-，所以溶液中的Fe³⁺也將轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀；
故答案為：2H⁺+2e^-═H₂↑；Fe（OH）₃．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查了鉻及其化合物的性質(zhì)、氧化還原反應(yīng)、沉淀溶解平衡和電化學(xué)知識(shí)等內(nèi)容，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重于學(xué)生的分析、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算能力的考查，難度中等，抓住題目信息是解題的關(guān)鍵，注意把握氧化還原反應(yīng)原理以及溶度積在計(jì)算中的應(yīng)用．