Question

鉻是水體的主要污染物之一，可以導致水生生物死亡．化學實驗中，若使某步中的有害產物作為另一步的反應物，形成一個循環，就可不再向環境排放該有害物質．例如處理鉻的實驗循環示意圖如下：

（1）在上圖所示的編號步驟中，其中反應①所用的試劑是硫酸酸化的H₂O₂，請寫出該反應的離子方程式

 

；
（2）現有含Cr³⁺和Fe³⁺的溶液，使用NaOH溶液和鹽酸，可將這兩種離子相互分離，根據上圖信息分析，在涉及的過濾操作中，上述兩種離子的存在形態分別是

 

、

 

（寫化學式）；
工業上利用鉻鐵礦（FeO?Cr₂O₃）冶煉鉻的工藝流程如下：

（3）實驗室焙燒鉻鐵礦可選用的圖1裝置是

 

（填序號）．
（4）完成操作1中涉及的化學方程式（在橫線上填寫物質的化學式及計量數）：

 

CrO₄^2-+

 

+

 

=

 

Cr（OH）₃↓+

 

S₂O₃^2-+

 

．
（5）上圖流程中，由Cr₂O₃冶煉Cr的化學方程式為

 

．
（6）目前有一種采用以鉻酸鈉（Na₂CrO₄）為原料，用電化學法制備重鉻酸鈉（Na₂Cr₂O₇）的實驗裝置如圖2所示（已知：2CrO₄^2-+2H⁺═Cr₂O₇^2-+H₂O）．
①寫出陰極的電極反應式為

 

．
②電解一段時間后，測得陽極區溶液中Na⁺物質的量由a mol變為b mol，則此時鉻酸鈉的轉化率為

 

．

Answer 1

考點：金屬的回收與環境、資源保護,氧化還原反應方程式的配平,電解原理

專題：實驗題

分析：（1）H₂O₂既具有氧化性，又具有還原性；Cr₂O₇^2-具有強氧化性，能將H₂O₂氧化為O₂，反應中+6價Cr元素被還原為+3價；
（2）從反應③可以看出，Cr（OH）₃可以與NaOH溶液反應生成NaCrO₂，所以除去Fe³⁺中的Cr³⁺時，可以加入過量的NaOH溶液，使Cr³⁺轉化為CrO，Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀，在過濾得到的Fe（OH）₃中加入鹽酸即得到FeCl₃溶液；
（3）焙燒固體選用坩堝；
（4）根據電荷守恒和原子守恒判斷；
（5）兩性氫氧化物與強堿反應生成鹽和水；
（6）①電解池中陽離子在陰極得電子；
②根據電荷守恒計算．

解答： 解：（1）H₂O₂既具有氧化性，又具有還原性；Cr₂O₇^2-具有強氧化性，能將H₂O₂氧化為O₂，反應中+6價Cr元素被還原為+3價；
故答案為：Cr₂O₇^2-+8H⁺+3H₂O₂═2Cr³⁺+3O₂↑+7H₂O；
（2）從反應③可以看出，Cr（OH）₃可以與NaOH溶液反應生成NaCrO₂，所以除去Fe³⁺中的Cr³⁺時，可以加入過量的NaOH溶液，使Cr³⁺轉化為CrO，Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀，在過濾得到的Fe（OH）₃中加入鹽酸即得到FeCl₃溶液，故答案為：CrO₂^-；Fe（OH）₃；　
（3）焙燒固體選用坩堝，所以實驗室焙燒鉻鐵礦可選用的裝置是d，故答案為：d；
（4）由電荷守恒和氧原子及氫原子原子守恒可知，所以其方程式為4CrO₄^2-+6S+7H₂O=4Cr（OH）₃↓+3S₂O₃^2-+2OH^-，
故答案為：4；6S；7H₂O；4；3；2OH^-；
（5）兩性氫氧化物與強堿反應生成鹽和水，所以Cr（OH）₃溶于濃氫氧化鈉溶液的離子方程式為：Cr（OH）₃+OH^-=CrO₂^-+2H₂O，
故答案為：Cr（OH）₃+OH^-=CrO₂^-+2H₂O；
（6）①電解池中陽離子在陰極得電子，則陰極的電極反應式為：2H⁺+2e^-=H₂↑，故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑；
②電解一段時間后，測得陽極區溶液中Na⁺物質的量由a mol變為b mol，則溶液中移動的電荷為（a-b）mol，所以外電路中轉移的電子為（a-b）mol，陽極的電極反應為：2H₂O-4e^-=O₂+4H⁺，則陽極生成的氫離子為（a-b）mol，已知：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，所以陽極消耗的CrO₄^2-為（a-b）mol，
已知原溶液中CrO₄^2-為

a

2

mol，因此鉻酸鈉的轉化率為：

a-b

a 2

×100%=

2(a-b)

a

×100%，故答案為：

2(a-b)

a

×100%．

點評：本題考查較為綜合，涉及實驗操作、離子方程式的配平、離子方程式的書寫、化學方程式的書寫、電解原理的應用、根據方程式的計算等，題目難度中等，解答本題，要充分把握題給信息，牢固掌握物質的性質．