Question

20．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為：
CrO₄^2-$\underset{\stackrel{{H}^{+}}{→}}{①轉(zhuǎn)化}$Cr₂O₇^2-$\underset{\stackrel{F{{e}_{3}}^{+}}{→}}{②}$Cr³⁺$\underset{\stackrel{O{H}^{-}}{→}}{③沉淀}$Cr（OH）₃↓
其中第①步存在平衡：2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺?CrO₇^2-（橙色）+H₂O
（1）若平衡體系的pH=2，該溶液顯橙色．
（2）能說(shuō)明第①步反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)的是ac（填字母）．
a．2v_正（Cr₂O₇^2-）═v_逆（CrO₄^2-）
b．Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-的濃度相同
c．溶液的顏色不變
（3）完成第②步中氧化還原反應(yīng)的離子方程式：1Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+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）
常溫下，Cr（OH）₃的溶度積K₃₀=c（Cr³⁺）•c³（OH^-）=1×10 ^-32，要使Cr³⁺沉淀完全（Cr³⁺濃度等于或小于1×10^-5mol．L^-l時(shí)，Cr³⁺已沉淀完全），溶液的pH至少應(yīng)調(diào)至5
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?yàn)殛?yáng)極反應(yīng)為Fe-2e^-=Fe²⁺，提供還原劑Fe²⁺．
（6）在陰極附近溶液pH升高的原因是（用電極反應(yīng)解釋）2H⁺+2e^-=H₂↑．溶液中同時(shí)生成的沉淀還有Fe（OH）₃（填化學(xué)式）．

Answer 1

分析 （1）若平衡體系的pH=2，溶液呈酸性，平衡2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O右移；
（2）達(dá)到平衡時(shí)，V_正=V_逆，各組分的濃度保持不變；
（3）反應(yīng)中Cr元素化合價(jià)由+6價(jià)降低到+3價(jià)，F(xiàn)e元素化合價(jià)由+2價(jià)升高到+3價(jià)，結(jié)合元素化合價(jià)的變化配平；
（4）根據(jù)溶度積常數(shù)進(jìn)行計(jì)算；
（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；
（6）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（H⁺）增大，平衡2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O右移，溶液呈橙色，故答案為：橙；
（2）對(duì)于平衡：2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O，
a．當(dāng)2v_正（Cr₂O₇^2-）═v_逆（CrO₄^2-）時(shí)，說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，故反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，故a正確；
b．Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-的濃度相同，不一定平衡，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：ac；
（3）第②步中的氧化還原反應(yīng)為亞鐵離子被重鉻酸鉀氧化生成鉻離子和亞鐵離子，反應(yīng)的離子方程式為：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
故答案為：1、6、14H⁺、2、6、7H₂O；
（4）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^-）=$\root{3}{\frac{Ksp}{c（C{r}^{3+}）}}$=$\root{3}{\frac{1{0}^{-32}}{1{0}^{-5}}}$=10^-9mol/L，所以c（H⁺）=10^-5mol/L，即pH=5，
故答案為：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⁺，故答案為：陽(yáng)極反應(yīng)為Fe-2e^-=Fe²⁺，提供還原劑Fe²⁺；
（6）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↑；同時(shí)大量產(chǎn)生了OH^-，所以溶液中的Fe³⁺也將轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀；
故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑；Fe（OH）₃．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及物質(zhì)的分離、提純、氧化還原反應(yīng)以及電解等知識(shí)，側(cè)重于學(xué)生的分析、實(shí)驗(yàn)、計(jì)算能力的考查，為高考常見(jiàn)題型，答題時(shí)注意審題，把握提給信息，難度中等．