Question

19．鉻化學豐富多彩，由于鉻光澤度好，常將鉻鍍在其他金屬表面，同鐵、鎳組成各 種性能的不銹鋼，CrO₃大量地用于電鍍工業中．
（1）在如圖裝置中，觀察到圖 1 裝置銅電極上產生大量的無色氣泡，而圖 2 裝置中銅電 極上無氣體產生，鉻電極上產生大量有色氣體．
圖 2 裝置中鉻電極的電極反應式NO₃^-+4H⁺+3e^-=NO↑+2H₂O．
（2）最近贛州酒駕檢查特別嚴，利用 CrO₃ 具有強氧化性，有機物（如酒精）遇到 CrO₃ 時，猛烈反應，CrO₃ 被還原成綠色的硫酸鉻[Cr₂（SO₄）₃]，另該過程中乙醇被氧化成乙酸，從而增強導電性，根據電流大小可自動換算出酒精含量．寫出該反應的化學方程式為4CrO₃+3C₂H₅OH+6H₂SO₄=2Cr₂（SO₄）₃+3CH₃COOH+9H₂O．

（3）雖然鉻加到鐵中可將鐵做成不銹鋼可減少金屬腐蝕，但 生產成本高，生活中很多情況下還是直接使用鋼鐵，但易腐蝕，利用右圖裝置，可以模擬鐵的電化學防護．若 X 為碳棒，為減緩鐵的腐蝕，開關 K 應置于N處．若 X 為鋅，開關K 置于N或M處．
（4）CrO₃ 和 K₂Cr₂O₇ 均易溶于水，這是工業上造成鉻污染的主要原因．凈化處理方法之一是將含+6 價 Cr 的廢水放入電解槽內，用鐵作陽極，加入適量的 NaCl 進行電解：陽極區生成的 Fe²⁺和 Cr₂O₇^2-發生反應，生成的 Fe³⁺和 Cr³⁺在陰極 區與OH^-結合生成 Fe（OH）₃和 Cr（OH）₃ 沉淀除去，已知某條件下的K_spFe（OH）₃=3.0×10^-31，K_spCr（OH）₃=6.0×10^-38．已知電解后的溶液中 c（Fe³⁺）為 2.0×10^-6 mol•L¹，則溶液中 c（Cr³⁺）=4.0×10^-13•mol•L^-1．

Answer 1

分析 （1）圖1裝置銅電極上產生大量的無色氣泡，說明Cr的活潑性大于Cu，而圖 2裝置中銅電極上無氣體產生，鉻電極上產生大量有色氣體，說明Cr為正極、Cu為負極，則Cr和硝酸能產生鈍化現象，正極上硝酸根離子得電子發生還原反應；
（2）由題目信息可知，CrO₃、C₂H₅OH、H₂SO₄反應生Cr₂（SO₄）₃、CH₃COOH，同時還有水生成，配平書寫方程式；
（3）為減緩鐵的腐蝕，形成原電池時Fe作正極，形成電解池時Fe作陰極；
（4）根據K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）、K_sp[Cr（OH）₃]=c（Cr³⁺）×c³（OH^-）計算c（Cr³⁺）．

解答 解：（1）圖1裝置銅電極上產生大量的無色氣泡，說明Cr的活潑性大于Cu，而圖 2裝置中銅電極上無氣體產生，鉻電極上產生大量有色氣體，說明Cr為正極、Cu為負極，則Cr和硝酸能產生鈍化現象，正極上硝酸根離子得電子發生還原反應生成NO，電極反應式為：NO₃^-+4H⁺+3e^-=NO↑+2H₂O，
故答案為：NO₃^-+4H⁺+3e^-=NO↑+2H₂O；
（2）由題目信息可知，CrO₃、C₂H₅OH、H₂SO₄反應生Cr₂（SO₄）₃、CH₃COOH，同時還有水生成，反應方程式為：4CrO₃+3C₂H₅OH+6H₂SO₄=2Cr₂（SO₄）₃+3CH₃COOH+9H₂O，
故答案為：4CrO₃+3C₂H₅OH+6H₂SO₄=2Cr₂（SO₄）₃+3CH₃COOH+9H₂O；
（3）若 X 為碳棒，開關 K 應置于M處，構成原電池，Fe為負極，加速Fe的腐蝕，開關 K 應置于N處，構成原電池，Fe為陰極，被保護，減緩鐵的腐蝕，
若 X 為鋅，開關 K 應置于M處，構成原電池，Zn為負極，Fe被保護，減緩鐵的腐蝕，開關 K 應置于N處，構成原電池，Fe為陰極，被保護，減緩鐵的腐蝕，
故答案為：N；N或M；
（4）K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=2.0×10^-6×c³（OH^-）=3.0×10^-31，
K_sp[Cr（OH）₃]=c（Cr³⁺）×c³（OH^-）=6.0×10^-38
聯立可得c（Cr³⁺）=4.0×10^-13mol/L，
故答案為：4.0×10^-13．

點評 本題考查較綜合，涉及電化學知識、氧化還原反應、溶度積有關計算等，較好的考查學生信息獲取與加工能力及圖象分析能力、知識遷移運用能力，題目難度中等．