Question

20．重鉻酸鉀又名紅礬鉀，是化學實驗室中的一種重要分析試劑．工業上以鉻酸鉀（K₂CrO₄）為原料，采用電化學法制備重鉻酸鉀（K₂Cr₂O₇）．制備裝置如圖所示（陽離子交換膜只允許陽離子透過）：
制備原理：2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O
（1）制備過程總的離子方程式可表示為4CrO₄^2-+4H₂O═2Cr₂O₇^2-+4OH^-+2H₂↑+O₂↑，通電后陽極室產生的現象為陽極產生無色氣體，溶液由黃色逐漸變為橙色，其電極反應式是4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O 或2H₂O-4e^-=O₂↑+4 H⁺．
（2）若實驗開始時在右室中加入0.2mol K₂CrO₄，t分鐘后測得右室中K與Cr的物質的量之比為3：2，則溶液中K₂CrO₄和K₂Cr₂O₇的物質的量之比為2：1．

Answer 1

分析 （1）電解時，陽極上OH^-放電生成生成O₂，同時陽極附近有H⁺生成，導致溶液呈酸性，酸性條件下發生反應2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O，導致溶液由黃色轉化為橙色；
（2）電解過程中陽極附近有氫離子生成，左室中的鉀離子通過陽離子交換膜進入右室，導致右室中鉀原子物質的量增大，根據Cr原子守恒進行計算．

解答 解：（1）電解時，陽極上OH^-放電生成生成O₂，電極反應式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O 或2H₂O-4e^-=O₂↑+4 H⁺；同時陽極附近有H⁺生成，導致溶液呈酸性，酸性條件下發生反應2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O，導致溶液由黃色轉化為橙色，所以看到的現象是陽極產生無色氣體，溶液由黃色逐漸變為橙色，
故答案為：陽極產生無色氣體，溶液由黃色逐漸變為橙色；4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O 或2H₂O-4e^-=O₂↑+4 H⁺；
（2）電解過程中陽極附近有氫離子生成，左室中的鉀離子通過陽離子交換膜進入右室，導致右室中鉀原子物質的量增大，開始時在右室中加入0.2mol K₂CrO₄，t分鐘后測得右室中K與Cr的物質的量之比為3：2，根據Cr原子守恒知，則t分鐘后K、Cr的物質的量分別是0.3mol、0.2mol，
設溶液中K₂CrO₄和K₂Cr₂O₇的物質的量分別是xmol、ymol，
則$\left\{\begin{array}{l}{2x+2y=0.3}\\{x+2y=0.2}\end{array}\right.$
解得$\left\{\begin{array}{l}{x=0.1}\\{y=0.05}\end{array}\right.$，
所以溶液中K₂CrO₄和K₂Cr₂O₇的物質的量之比=0.1mol：0.05mol=2：1，
故答案為：2：1．

點評 本題以電解原理為載體考查化學平衡影響因素、物質的量的計算，為高頻考點，明確各個電極上發生的反應是解本題關鍵，知道電解質溶液中離子移動方向，題目難度不大．