Question

10．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：

（1）第①步存在平衡，其反應(yīng)方程式為：2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O，若平衡體系的pH=12，該溶液顯黃色．
（2）能說(shuō)明第①步反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)的是C．
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1molCr₂O₇^2-離子，需要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）；K_sp的表達(dá)式為Ksp=c（Cr³⁺）•c³（OH^-）．常溫下，Cr（OH）₃的溶度積K_sp=10^-32，要使c（Cr³⁺）沉淀完全，溶液的pH應(yīng)調(diào)至5．
方法2：電解法
該法用Fe和石墨棒做電極電解含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）Fe電極的電極反應(yīng)式Fe-2e^-=Fe²⁺．石墨電極的電極反應(yīng)式2H⁺+2e^-═H₂↑．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)外界條件對(duì)平衡的影響來(lái)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(shuō)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(lái)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(lái)計(jì)算；
（4）根據(jù)Ksp=c（Cr³⁺）•c³（OH^-）來(lái)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；
（5）陽(yáng)極是活性電極時(shí)，陽(yáng)極本身失電子，生成陽(yáng)離子；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(yáng)離子會(huì)生成氫氧化物沉淀．

解答 解：（1）c（OH^-）增大，平衡2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O左移，溶液呈黃色，故答案為：2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O；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：c；
（3）還原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6mol，亞鐵離子被氧化為+3價(jià)，應(yīng)該得到6mol電子，所以還原1mol Cr₂O₇^2-離子，
需要6mol的FeSO₄•7H₂O，故答案為：6；
（4）Cr（OH）₃在溶液中存在沉淀溶解平衡Cr（OH）₃（s）?Cr³⁺（aq）+3OH^-（aq），Cr（OH）₃的溶度積Ksp=c（Cr³⁺）•c³（OH^-）=10^-32，要使c（Cr³⁺）降至10^-5mol/L，則需c（OH^-）=$\root{3}{\frac{{K}_{sp}}{c（C{r}^{3+}）}}$=$\root{3}{\frac{1{0}^{-32}}{1{0}^{-5}}}$=10^-9mol/L，所以c（H⁺）=10^-5mol/L，即pH=5，
故答案為：Cr（OH）₃（s）?Cr³⁺（aq）+3OH^-（aq）；Ksp=c（Cr³⁺）•c³（OH^-）；5；
（5）在電解法除鉻中，鐵作陽(yáng)極，陽(yáng)極反應(yīng)為Fe-2e^-═Fe²⁺，以提供還原劑Fe²⁺，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↑；
故答案為：Fe-2e^-=Fe²⁺；2H⁺+2e^-═H₂↑．

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，難度中等，抓住題目信息是解題的關(guān)鍵．