Question

工業(yè)廢水中常含有一定量的Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-，它們會對人類及生態(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-Cr₂O₇^2-Cr^3＋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=2，該溶液顯________色。
（2）能說明第①步反應(yīng)達(dá)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
（3）第②步中，還原1 mol Cr₂O₇^2-離子，需要________mol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) Cr^3＋(aq)＋3OH^－(aq)，常溫下，Cr(OH)₃的溶度積K_sp=c(Cr^3＋)·c³(OH^－)=10^－32，要使c(Cr^3＋)降至10^－5mol/L，溶液的pH應(yīng)調(diào)至_______。
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做電極的原因為__________________。
（6）在陰極附近溶液pH升高的原因是(用電極反應(yīng)解釋)_________________________________。溶液中同時生成的沉淀還有__________。

Answer 1

（11分）（1）橙　（1分）（2）c　 （1分） （3）6　 （2分）（4）5  （2分）
（5）陽極反應(yīng)為Fe－2e^－＝Fe^2＋，提供還原劑Fe^2＋ 2分 （6）2H^＋＋2e^－＝H₂↑　，F(xiàn)e(OH)₃     （3分）

試題分析：（1）若平衡體系的pH＝2，這說明溶液顯酸性，氫離子濃度增大，因此平衡正反應(yīng)方向移動，所以該溶液顯橙色。
（2）在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)的正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等時（但不為0），反應(yīng)體系中各種物質(zhì)的濃度或含量不再發(fā)生變化的狀態(tài)，稱為化學(xué)平衡狀態(tài)。平衡時各種物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，但各種物質(zhì)的濃度之間不一定滿足某種關(guān)系，a不能說明；速率之比是相應(yīng)的化學(xué)計量數(shù)之比，因此b中的關(guān)系始終是成立，不能說明，b不正確；顏色的深淺和濃度有關(guān)系，因此當(dāng)溶液有色不再發(fā)生變化時，可以說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，c正確，答案選c。
（3）在反應(yīng)②中Cr元素的化合價從＋6價降低到＋3價，得到3個電子。鐵元素的化合價從＋2價升高到＋3價，上去1個電子，則根據(jù)電子得失守恒可知n（Cr₂O₇^2-）×6＝n（FeSO₄?7H₂O）×1，解得n（FeSO₄?7H₂O）＝6mol。
（4）根據(jù)溶度積常數(shù)的表達(dá)式Ksp＝c(Cr³⁺)·c³(OH^—)＝10^-32可知，當(dāng)溶液中c（Cr³⁺）＝10^-5mol/L時，溶液的c（OH^-）＝＝10^-9 mol/L，因此c（H⁺）＝＝10^-5mol/L，所以pH＝5，即要使c（Cr³⁺）降至10^-5mol/L，溶液的pH應(yīng)調(diào)至5。
（5） Cr₂O₇^2—要生成Cr(OH)₃沉淀，必需有還原劑，而鐵做電極時，在陽極上可以失去電子產(chǎn)生Fe²⁺，電極反應(yīng)式為Fe－2e^－＝Fe²⁺。
（6）在電解池中陽離子在陰極得到電子，在溶液中由于H⁺得電子得能力強(qiáng)于Fe²⁺的，因此陰極是H⁺放電，電極反應(yīng)式為2H⁺+2e^－＝H₂↑。隨著電解的進(jìn)行，溶液中的H⁺濃度逐漸降低，水的電離被促進(jìn)，OH^－濃度逐漸升高。由于Fe²⁺被Cr₂O₇^2—氧化生成Fe³⁺，當(dāng)溶液堿性達(dá)到一定程度時就會產(chǎn)生Fe(OH)₃沉淀。
點(diǎn)評：該題是中等難度的試題，也是高考中的常見題型和考點(diǎn)。試題綜合性強(qiáng)，難易適中，側(cè)重對學(xué)生能力的培養(yǎng)和解題方法的指導(dǎo)與訓(xùn)練，有助于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理能力和發(fā)散思維能力。注意相關(guān)知識的積累和總結(jié)，并能靈活運(yùn)用即可。