Question

鉻是廣泛存在于環(huán)境中的重金屬元素，在水體中主要以三價和六價鉻的化合物為主．含六價鉻的酸性工業(yè)廢水，通常的處理流程為：
CrO₄^2-

H+

①轉(zhuǎn)化

Cr₂O₇^2-

光照，草酸溶液

②還原

Cr³⁺

OH-

③沉淀

Cr（OH）₃↓
完成下列問題：
（1）第①步存在平衡：2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O，寫出該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式，K=

 

，若平衡體系的pH=2，則溶液顯

 

色，下列能說明第①步反應(yīng)達平衡狀態(tài)的是

 

；
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
（2）為進一步研究初始pH和草酸濃度對第②步反應(yīng)速率的影響，作對比實驗如表：

實驗編號	初始PH	廢水樣品體積/mL	草酸溶液體積/mL	蒸餾水體積/mL
甲	4	60	10	30
乙	5		10	30
丙	5		5

①完成實驗設(shè)計表（表中不要留空格）；在圖a上畫出實驗丙中Cr₂O₇^2-的濃度變化曲線．

②測得實驗甲和乙溶液中的Cr₂O₇^2-濃度隨時間變化關(guān)系如圖a所示，則實驗甲和乙的結(jié)果表明

 

；實驗甲中0～t₁時間段反應(yīng)速率v（Cr³⁺）=

 

mol/（L?min） （用含字母的代數(shù)式表示）；
（3）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，溶度積Ksp[Cr（OH）₃]=1×10^-32，要使c（Cr³⁺）不高于10^-5mol/L，溶液的pH應(yīng)調(diào)至

 

．

Answer 1

考點：化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì)

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）化學(xué)平衡常數(shù)K=

c(Cr2O72-)

c2(CrO42-)．c2(H+)

；酸性條件下，平衡向正反應(yīng)方向移動，確定溶液顏色；當(dāng)反應(yīng)前后改變的物理量不變時，該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)；
（2）甲、乙相比，溶液的pH不同，則其它各物理量相同；
乙、丙相比，草酸溶液體積不同，則溶液體積、溶液pH都要相同；
①草酸的濃度減小，反應(yīng)速率降低，反應(yīng)到達平衡的時間增長，平衡向逆反應(yīng)方向移動，平衡時Cr₂O₇^2-濃度增大；
②在其他條件相同時，溶液初始pH越小，酸性越強，反應(yīng)速率越快；v=

△c

△t

；
（3）根據(jù)溶度積常數(shù)計算溶液中c（OH^-），再根據(jù)離子積常數(shù)計算溶液的pH．

解答： 解：（1）化學(xué)平衡常數(shù)K=

c(Cr2O72-)

c2(CrO42-)．c2(H+)

；酸性條件下，平衡向正反應(yīng)方向移動，則溶液Cr₂O₇^2-濃度增大，則溶液呈橙色；當(dāng)反應(yīng)前后改變的物理量不變時，該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，所以當(dāng)反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，溶液中各種微粒濃度不變，則溶液的顏色不變，如果Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-的濃度相同、2v（Cr₂O₇^2-）=v（CrO₄^2-）都不能說明該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，
故答案為：K=

c(Cr2O72-)

c2(CrO42-)．c2(H+)

；橙；c；
（2）甲、乙相比，溶液的pH不同，則其它各物理量相同，所以廢水的體積是60；
乙、丙相比，草酸溶液體積不同，則溶液體積、溶液pH都要相同，所以廢水體積為60、蒸餾水體積為35；
故答案為：60；60； 35；
①草酸的濃度減小，反應(yīng)速率降低，反應(yīng)到達平衡的時間增長，平衡向逆反應(yīng)方向移動，平衡時Cr₂O₇^2-濃度增大，所以其圖象為，故答案為：；
②在其他條件相同時，溶液初始pH越小，酸性越強，反應(yīng)速率越快；v=

△c

△t

=2v（Cr₂O₇^2-）=

2(C0-C1)

t1

，
故答案為：在其他條件相同時，溶液初始pH越小，酸性越強，反應(yīng)速率越快；

2(C0-C1)

t1

；
（3）溶液中c（OH^-）≥

3	Ksp c(Cr3+)

=

3	1×10-32 10-5

mol/L=10^-9 mol/L，則溶液中c（H⁺）≤

10-14

10-9

mol/L，所以溶液的 pH≥5，故答案為：≥5．

點評：本題考查了化學(xué)平衡常數(shù)的有關(guān)計算，涉及探究化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、化學(xué)平衡常數(shù)的有關(guān)計算等知識點，根據(jù)反應(yīng)中濃度對反應(yīng)速率的影響、溶度積常數(shù)公式等知識點來分析解答，題目難度中等．