Question

6．重鉻酸鉀（K₂Cr₂O₇）主要用于制革、印染、電鍍等．其水溶液中存在平衡：Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺
（1）已知有關(guān)物質(zhì)溶解度如圖1．用復(fù)分解法制備K₂Cr₂O₇的操作過程是：向Na₂Cr₂O₇溶液中加入KCl（填化學(xué)式），攪拌溶解，調(diào)節(jié)溶液pH約為5，加熱溶液至表面有少量晶體析出時，冷卻結(jié)晶，抽濾得到粗產(chǎn)品，再用重結(jié)晶法提純粗產(chǎn)品．

（2）以鉻酸鉀（K₂CrO₄）為原料，用電化學(xué)法制備重鉻酸鉀的實驗裝置如圖2．
①不銹鋼作陰極，寫出該電極的電極反應(yīng)式2H₂O+2e^-=2OH^-+H₂↑．
②分析陽極區(qū)能得到重鉻酸鉀溶液的原因陽極OH^-放電，溶液中H⁺濃度增大，使Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺向生成Cr₂O₇^2-方向移動，部分K⁺通過陽離子交換膜移動到陰極區(qū)，使陽極區(qū)主要成分是K₂Cr₂O₇．
③當(dāng)鉻酸鉀的轉(zhuǎn)化率達(dá)到x時，陽極液中K與Cr的物質(zhì)的量之比為2：（1-0.5x）．
（3）鉻對環(huán)境能造成污染．某酸性廢水中含有Cr₂O₇^2-，處理時可用焦亞硫酸鈉（Na₂S₂O₅）將Cr₂O₇^2-轉(zhuǎn)化為毒性較低的Cr³⁺，再調(diào)節(jié)pH約為8，使鉻元素沉降，分離出污泥后檢測廢水中Cr³⁺濃度，低于0.5mg•L^-1則達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)．
①Na₂S₂O₅參加反應(yīng)的離子方程式為3S₂O₅^2-+2Cr₂O₇^2-+10H⁺=6SO₄^2-+4Cr³⁺+5H₂O．
②經(jīng)上述工藝處理后的廢水，理論上Cr³⁺濃度約為3×10^-8mg•L^-1．
（已知室溫下K_sp[Cr（OH）₃]≈6×10^-31）

Answer 1

分析 （1）Na₂Cr₂O₇水溶液中加KCl，加熱濃縮、冷卻結(jié)晶，可得到K₂Cr₂O₇；
（2）①與電源的負(fù)極相連作陰極；陰極上氫離子得電子生成氫氣；
②陽極上溶液中陰離子放電，氫氧根離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氫離子濃度增大使Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺向生成Cr₂O₇^2-方向移動；
③設(shè)K₂CrO₄為1mol，則K⁺為2mol，鉻酸鉀的轉(zhuǎn)化率達(dá)到x，則生成為K₂Cr₂O₇0.5xmol，K₂CrO₄剩余為1-xmol，據(jù)此計算；
（3）①焦亞硫酸鈉（Na₂S₂O₅）將Cr₂O₇^2-轉(zhuǎn)化為毒性較低的Cr³⁺，同時焦亞硫酸鈉被氧化為硫酸鈉，根據(jù)電子守恒和原子守恒書寫方程式；
②pH約為8，則c（OH^-）=10^-6mol/L，根據(jù)K_sp[Cr（OH）₃]≈6×10^-31計算c（Cr³⁺），再求出質(zhì)量濃度．

解答 解：（1）由圖可知Na₂Cr₂O₇的溶解度較大，K₂Cr₂O₇的溶解度較小，Na₂Cr₂O₇水溶液中加KCl，加熱濃縮、冷卻結(jié)晶，可得到K₂Cr₂O₇；
故答案為：KCl；冷卻結(jié)晶；
（2）①與電源的負(fù)極相連作陰極；陰極上氫離子得電子生成氫氣，則陰極的電極方程式為：2H₂O+2e^-=2OH^-+H₂↑；
故答案為：陰；2H₂O+2e^-=2OH^-+H₂↑；
②陽極上溶液中陰離子放電，氫氧根離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氫離子濃度增大使Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺向生成Cr₂O₇^2-方向移動；
故答案為：陽極OH^-放電，溶液中H⁺濃度增大，使Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺向生成Cr₂O₇^2-方向移動，部分K⁺通過陽離子交換膜移動到陰極區(qū)，使陽極區(qū)主要成分是K₂Cr₂O₇；
③設(shè)K₂CrO₄為1mol，則K⁺為2mol，鉻酸鉀的轉(zhuǎn)化率達(dá)到x，則生成為K₂Cr₂O₇0.5xmol，K₂CrO₄剩余為1-xmol，
則陽極液中K與Cr的物質(zhì)的量之比為2：（1-x+0.5x）=2：（1-0.5x）；
故答案為：2：（1-0.5x）；
（3）①焦亞硫酸鈉（Na₂S₂O₅）將Cr₂O₇^2-轉(zhuǎn)化為毒性較低的Cr³⁺，同時焦亞硫酸鈉被氧化為硫酸鈉，其反應(yīng)的離子方程式為：3S₂O₅^2-+2Cr₂O₇^2-+10H⁺=6SO₄^2-+4Cr³⁺+5H₂O；
故答案為：3S₂O₅^2-+2Cr₂O₇^2-+10H⁺=6SO₄^2-+4Cr³⁺+5H₂O；
②pH約為8，則c（OH^-）=10^-6mol/L，已知K_sp[Cr（OH）₃]≈6×10^-31，c（Cr³⁺）=$\frac{6×1{0}^{-31}}{（1{0}^{-6}）^{3}}$=6×10^-13mol/L，則1L溶液中Cr元素的質(zhì)量為6×10^-13mol×52g/mol=3.126×10^-11g≈3×10^-8mg，則理論上Cr³⁺濃度約為3×10^-8mg/L；
故答案為：3×10^-8．

點評 本題考查物質(zhì)的制備的綜合應(yīng)用，把握物質(zhì)的制備方法、電解原理、溶度積常數(shù)的計算為解答的關(guān)鍵，注意信息的應(yīng)用及相關(guān)計算，側(cè)重分析與實驗、計算能力的綜合考查，題目難度中等．