Question

【題目】鉻是一種具有戰(zhàn)略意義的金屬，它具有多種價(jià)態(tài)，單質(zhì)鉻熔點(diǎn)為1857 ℃。

(1)工業(yè)上以鉻鐵礦［主要成分是Fe(CrO2)2］為原料冶煉鉻的流程如圖所示：

①Fe(CrO2)2中各元素化合價(jià)均為整數(shù)，則鉻為_______價(jià)。

②高溫氧化時(shí)反應(yīng)的化學(xué)方程式為______________。

(2)Cr(OH)3是兩性氫氧化物，請(qǐng)寫出其分別與NaOH、稀硫酸反應(yīng)時(shí)生成的兩種鹽的化學(xué)式______________。

(3)鉻元素能形成含氧酸及含氧酸鹽，若測得初始濃度為1 mol/L的鉻酸(H2CrO4)溶液中各種含鉻元素的微粒濃度為：c(CrO42-)=0.0005 mol/L、c(HCrO4-)=0.1035 mol/L、c(Cr2O72-)=a mol/L、則a =____，KHCrO4溶液中c(OH)_____c(H+)（填“>”、“<”或“=”），原因是__________________。

(4)水中的鉻元素對(duì)水質(zhì)及環(huán)境均有嚴(yán)重的損害作用，必須進(jìn)行無害化處理。處理含有Cr2O72-的污水方法通常為：用鐵作電極電解污水，Cr2O72-被陽極區(qū)生成的離子還原成為Cr3+，生成的Cr3+與陰極區(qū)生成的OH結(jié)合生成Cr(OH)3沉淀除去。則陰極上的電極反應(yīng)式為_____，若要處理含10 mol Cr2O72-的污水，則至少需要消耗的鐵為_______g。

Answer 1

【答案】+3 4Fe(CrO2)2+7O2+8Na2CO3=2Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2 NaCrO2、Cr2(SO4)3 0.448 < H2CrO4完全電離，因此HCrO4－只發(fā)生電離，溶液顯酸性，即c(OH-)<c(H+) 2H2O+2e=2OH+H2↑(或2H++2e=H2↑) 3360

【解析】

(1)①根據(jù)化合物中正負(fù)化合價(jià)的代數(shù)和等于0，F(xiàn)e為+2價(jià)，O為-2價(jià)，可知Cr化合價(jià)為+3價(jià)；

②高溫Fe(CrO2)2與O2、Na2CO3發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生Fe2O3、CO2、Na2CrO4，根據(jù)電子守恒、原子守恒可得反應(yīng)的化學(xué)方程式為4Fe(CrO2)2+7O2+8Na2CO3=2Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2；

(2) Cr(OH)3是兩性氫氧化物，其與NaOH溶液反應(yīng)產(chǎn)生NaCrO2和水；與稀硫酸反應(yīng)生成Cr2(SO4)3和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式是Cr(OH)3+NaOH= NaCrO2+2H2O、2Cr(OH)3+3H2SO4=Cr2(SO4)3+6H2O；故生成的兩種鹽的化學(xué)式分別為NaCrO2、Cr2(SO4)3；(3)根據(jù)Cr元素守恒可知：0.0005×1+0.1035×1+2a=1，解得a=0.448(mol/L)；

在H2CrO4溶液中H2CrO4完全電離，產(chǎn)生的HCrO4－只發(fā)生部分電離，產(chǎn)生的CrO42-離子濃度遠(yuǎn)小于HCrO4－的濃度，所以溶液顯酸性，則c(OH-)<c(H+)；

(4)在陰極上發(fā)生還原反應(yīng)，由于陽離子氧化性：H+>Na+，所以陰極的電極反應(yīng)式為2H++2e=H2↑，也可以寫為2H2O+2e=2OH+H2↑；

鐵作陽極，被氧化生成Fe2+，電極反應(yīng)式為Fe-2e-=Fe2+。反應(yīng)產(chǎn)生的Fe2+被Cr2O72-氧化為Fe3+，Cr2O72-被還原為Cr3+，根據(jù)電子守恒得關(guān)系式：6Fe～12e-～6Fe2+～Cr2O72-，當(dāng)有1molCr2O72-反應(yīng)時(shí)，有6molFe在電極上被氧化，則10molCr2O72-反應(yīng)消耗60molFe，故消耗Fe的質(zhì)量為60mol×56g/mol=3360g。