Question

18．工業廢水中常含有一定量的Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-，它們會對人類及生態系統產生很大損害，必須進行處理．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- $→_{①轉化}^{H+}$Cr₂O₇^2- $→_{②還原}^{Fe_{2}+}$Cr³⁺ $→_{③沉淀}^{OH-}$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=12，該溶液顯黃色．
（2）不能說明第①步反應達平衡狀態的是ab．
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0.1mol Cr₂O₇^2-離子，需要0.6mol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）
常溫下，Cr（OH）₃的溶度積K_sp=c（Cr³⁺）•c³（OH^-）=10^-32，若將溶液的pH調至5，則溶液中c（Cr³⁺）將降至10^-5mol/L．
方法2：電解法：該法用Fe做電極電解含Cr₂O₇^2-的酸性廢水，隨著電解進行，在陰極附近溶液pH升高，產生Cr（OH）₃沉淀．
（5）用Fe做電極的原因為提供還原劑Fe²⁺；該電極上的反應式為Fe-2e^-═Fe²⁺；溶液中Cr₂O₇^2-被還原的離子方程式為Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；
（6）在陰極附近溶液pH升高的原因是（用電極反應解釋）2H⁺+2e^-═H₂↑．溶液中同時生成的沉淀還有Fe（OH）₃．

Answer 1

分析 （1）根據外界條件對平衡的影響來確定平衡移動方向，從而確定溶液顏色變化；
（2）根據判斷平衡狀態的方法：V_正=V_逆，或各組分的濃度保持不變則說明已達平衡，也可根據化學平衡狀態的特征：逆、定、動、變、等來回答判斷；
（3）在氧化還原反應中，化合價升高值=化合價降低值=轉移電子數來計算；
（4）根據Ksp=c（Cr³⁺）•c³（OH^-）來計算氫氧根離子離子的濃度，并計算氫離子濃度和pH的大小；Cr（OH）₃是難溶電解質，在溶液中存在沉淀溶解平衡；
（5）陽極是活性電極時，陽極本身失電子，生成陽離子，Cr₂O₇^2-與亞鐵離子發生氧化還原反應；
（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，所以金屬陽離子會生成氫氧化物沉淀．

解答 解：（1）pH=12時溶液呈堿性，2CrO₄^2- （黃色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O向逆向移動，溶液呈黃色，故答案為：黃；
（2）對于平衡：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，故b錯誤；
c．溶液的顏色不變，即有色離子濃度不會再不變，達到了化學平衡狀態，故c正確；
故答案為：ab；
（3）還原0.1mol Cr₂O₇^2-離子，鉻元素化合價從+6價降低到+3價，一共得到電子0.6mol，亞鐵離子被氧化為+3價，應該得到0.6mol電子，所以還原0.1mol Cr₂O₇^2-離子，需要0.6mol的FeSO₄•7H₂O，
故答案為：0.6；
（4）K_sp=c（Cr³⁺）•c³（OH^-）=10^-32，若將溶液的pH調至5，c（H⁺）=10^-5mol/L，c（OH^-）=10^-9mol/L，c（Cr³⁺）=$\frac{1{0}^{-32}}{（1{0}^{-9}）^{3}}$=mol/L=10^-5mol/L，
故答案為：10^-5；
（5）在電解法除鉻中，鐵作陽極，陽極反應為Fe-2e^-═Fe²⁺，以提供還原劑Fe²⁺，與Cr₂O₇^2-發生氧化還原反應，離子方程式為Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
故答案為：提供還原劑Fe²⁺；Fe-2e^-═Fe²⁺；Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；
（6）在陰極附近溶液pH升高的原因是水電離產生的H⁺放電生成H₂：2H⁺+2e^-═H₂↑；同時大量產生了OH^-，所以溶液中的Fe³⁺也將轉化為Fe（OH）₃沉淀；
故答案為：2H⁺+2e^-═H₂↑；Fe（OH）₃．

點評 本題主要考查了鉻及其化合物的性質、氧化還原反應、沉淀溶解平衡和電化學知識等內容，為高頻考點，側重于學生的分析、實驗和計算能力的考查，難度中等，抓住題目信息是解題的關鍵，注意把握氧化還原反應原理以及溶度積在計算中的應用．