Question

【題目】重鉻酸鉀(K2Cr2O7)常用作有機(jī)合成的氧化劑和催化劑等。由含鉻廢液(主要含Cr3＋、Fe3＋、K＋、SO42－等)制備K2Cr2O7的流程如圖所示。

已知：I.在酸性條件下，H2O2能將Cr2O72－還原為Cr3＋

II.相關(guān)金屬離子形成氫氧化物沉淀的pH范圍：

金屬離子	開(kāi)始沉淀的pH	沉淀完全的pH
Cr3＋	4.9	6.8
Fe3＋	1.5	2.8

回答下列問(wèn)題：

（1）濾渣②的成分是________________。

（2）寫(xiě)出“氧化”步驟中反應(yīng)的化學(xué)方程式________________。

（3）“加熱”操作的目的是________________。

（4）根據(jù)平衡移動(dòng)原理解釋酸化至pH＝1的目的是________________(用離子方程式和適當(dāng)文字說(shuō)明)。

（5）通過(guò)下列實(shí)驗(yàn)可測(cè)定產(chǎn)品中K2Cr2O7(M＝294g/mol)的純度：稱取重鉻酸鉀試樣1.470g，用100mL容量瓶配制成溶液。移取25.00mL溶液于碘量瓶中，加入適量稀硫酸和足量碘化鉀(Cr2O72－的還原產(chǎn)物為Cr3＋)，放于暗處5min。然后加入一定量的水，加入淀粉指示劑，用0.1500mol/LNa2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，共消耗標(biāo)準(zhǔn)液36.00mL。滴定時(shí)發(fā)生的反應(yīng)的離子方程式為：I2＋2S2O32－＝2I－＋S4O62－。則所測(cè)定產(chǎn)品中K2Cr2O7的純度為________________。

（6）在K2Cr2O7存在下，可利用微生物電化學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)含苯酚廢水的有效處理，其工作原理如圖所示。

①負(fù)極的電極反應(yīng)式為________________；

②一段時(shí)間后，中間室NaCl溶液的濃度________________(填“增大”“減小”或“不變”)。

Answer 1

【答案】Fe(OH)3（或氫氧化鐵） 2Cr(OH)3+3H2O2+4KOH＝2K2CrO4+8H2O 除去過(guò)量的H2O2 2CrO42－+2H+Cr2O72－+H2O，酸化至pH=1，促進(jìn)該反應(yīng)平衡正向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)CrO42－轉(zhuǎn)化為Cr2O72－ 72.00%（72%或72.0%也可） C6H5OH+11H2O﹣28e－＝6CO2↑+28H+ 減小

【解析】

含鉻廢液(主要含Cr3+、Fe3+、K+、SO42-等)制備K2Cr2O7的流程：廢液與足量KOH反應(yīng)生成沉淀Cr(OH)3、Fe(OH)3，過(guò)濾得到濾渣①Cr(OH)3、Fe(OH)3混合物，除去K+、SO42-等離子，堿性條件下在濾渣中加入過(guò)氧化氫氧化Cr(OH)3生成K2CrO4，過(guò)濾除去Fe(OH)3，則濾渣②為Fe(OH)3，得到K2CrO4濾液②，加熱除去過(guò)量過(guò)氧化氫，防止后續(xù)加酸時(shí)H2O2能將Cr2O72-還原為Cr3+，加酸調(diào)pH=1，使K2CrO4溶液轉(zhuǎn)化為K2Cr2O7溶液，蒸發(fā)結(jié)晶得到K2Cr2O7晶體，以此解答。

(1)根據(jù)分析，過(guò)濾得到濾渣①Cr(OH)3、Fe(OH)3混合物，“氧化”步驟中加入過(guò)氧化氫氧化Cr(OH)3生成K2CrO4，過(guò)濾除去Fe(OH)3，濾渣②的成分是Fe(OH)3(或氫氧化鐵)；

(2)“氧化”步驟中，堿性條件下，過(guò)氧化氫氧化Cr(OH)3生成K2CrO4溶液，結(jié)合電子守恒、原子守恒，化學(xué)方程式為2Cr(OH)3+3H2O2+4KOH＝2K2CrO4+8H2O；

(3)結(jié)合已知信息，在酸性條件下，H2O2能將Cr2O72－還原為Cr3＋，為防止后續(xù)“酸化”步驟中H2O2將Cr2O72－還原為Cr3＋而混入雜質(zhì)，所以酸化前必須除去H2O2，并且H2O2不穩(wěn)定易分解，通過(guò)加熱可除去；

(4)由于酸性條件下，CrO42－可轉(zhuǎn)化為Cr2O72－，發(fā)生反應(yīng)為：2CrO42－+2H+Cr2O72－+H2O，酸化至pH=1，促進(jìn)該反應(yīng)平衡正向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)CrO42－轉(zhuǎn)化為Cr2O72－；

(5)根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟可知，用碘化鉀將Cr2O72還原成Cr3+，根據(jù)電子得失守恒有關(guān)系式Cr2O723I2，再用Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定(I2+2S2O32＝2I+S4O62)，所以有關(guān)系式Cr2O723I26S2O32，Na2S2O3的物質(zhì)的量為0.1500mol/L×0.036L=5.4×103mol，所以樣品中K2Cr2O7的物質(zhì)的量×5.4×103mol×=3.6×103mol，樣品中K2Cr2O7的純度為×100%=72.00%；

(6)①根據(jù)圖示，C6H5OH轉(zhuǎn)化為CO2，則苯酚發(fā)生氧化反應(yīng)、作負(fù)極，結(jié)合電子守恒和電荷守恒有負(fù)極的電極反應(yīng)式為C6H5OH+11H2O﹣28e－＝6CO2↑+28H+；

②由于電解質(zhì)NaCl溶液被陽(yáng)離子交換膜和陰離子交換膜隔離，使Na+和Cl-不能定向移動(dòng)，所以電池工作時(shí)，負(fù)極生成的H+透過(guò)陽(yáng)離子交換膜加入NaCl溶液中，正極生成的OH-透過(guò)陰離子交換膜進(jìn)入NaCl溶液中與H+反應(yīng)生成水，使NaCl溶液濃度減小。