Question

4．為減少鉻渣的危害并從中提取硫酸鈉，設計工藝如圖1：

已知：①鉻渣含有Na₂SO₄及少量Cr₂O₇^2-、Fe³⁺②Fe³⁺、Cr³⁺完全沉淀（c≤1.0×10^-5mol•L^-1）時pH分別為3.6和5．
（1）“微熱“除能加快反應速率外，還可以促進Fe³⁺水解生成Fe（OH）₃而除去．
（2）酸化后Cr₂O₇^2-可被SO₃^2-還原成Cr³⁺離子方程式為3SO₃^2-+Cr₂O₇^2-+8H⁺=2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂O；酸C為H₂SO₄，Cr（OH）₃的溶度積常數K_sp[Cr（OH）₃]=1.0×10^-32mol⁴•L^-4．
（3）根據2CrO₄^-+2H⁺═Cr₂O₇^2-+H₂O設計圖示裝置如圖2（均為惰性電極） 電解Na₂CrO₄的溶液制取Na₂Cr₂O₇^2-，圖中右側電極連接電源的正極．當電路中通過0.2mol電子時，該裝置中產生的氣體在標準狀況下的體積為3.36L．若選擇用熔融K₂CO₃作介質的甲醇（CH₃OH）燃料電池充當電源，則負極反應式為CH₃OH-6e^-+3CO₃^2-=4CO₂+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）因為水解反應吸熱，故“微熱”可以促進Fe³⁺水解生成Fe（OH）₃而除去；
（2）酸化后Cr₂O₇^2-可被SO₃^2-還原成Cr³⁺，SO₃^2-變為SO₄^2-，離子方程式為3SO₃^2-+Cr₂O₇^2-+8H⁺=2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂O；酸C為H₂SO₄是為保證最后得到純凈的硫酸鈉；根據Cr³⁺完全沉淀（c≤1.0×10^-5 mol•L^-1）時pH為5，得c（H⁺）═10^-5 mol/L，c（OH^-）=10^-9 mol•L^-1，然后將數據代入溶度積常數K_sp[Cr（OH）₃]=（Cr³⁺）•c³（OH^-）計算；
（3）根據2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O設計圖示裝置（均為惰性電極）電解Na₂CrO₄溶液制取Na₂Cr₂O₇，需要通過電解生成4H⁺提高溶液的酸性，說明在該電極是陽極，連接電源的正極；電極反應式：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，陰極電極反應式：2H⁺+2e^-=H₂↑，根據電子守恒計算氣體的體積；用熔融K₂CO₃作介質的甲醇（CH₃OH）燃料電池充當電源，甲醇在負極放電，生成CO₂和H₂O．

解答 解：（1）因為水解反應吸熱，故“微熱”除能加快反應速率外，同時還可以促進Fe³⁺水解生成Fe（OH）₃而除去，
故答案為：促進Fe³⁺水解生成Fe（OH）₃而除去；
（2）酸化后Cr₂O₇^2-可被SO₃^2-還原成Cr³⁺，SO₃^2-變為SO₄^2-，離子方程式為3SO₃^2-+Cr₂O₇^2-+8H⁺=2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂O；為保證最后得到純凈的硫酸鈉，酸C為H₂SO₄，根據Cr³⁺完全沉淀（c≤1.0×10^-5 mol•L^-1）時pH為5，則c（H⁺）=10^-5 mol/L，c（OH^-）=10^-9 mol•L^-1，則Cr（OH）₃的溶度積常數K_sp[Cr（OH）₃]=（Cr³⁺）•c³（OH^-）=1.0×10^-32mol⁴•L^-4，故答案為：3SO₃^2-+Cr₂O₇^2-+8H⁺=2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂O；H₂SO₄；1.0×10^-32mol⁴•L^-4；
（3）根據2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O設計圖示裝置（均為惰性電極）電解Na₂CrO₄溶液制取Na₂Cr₂O₇，需要通過電解生成4H⁺提高溶液的酸性，說明在該電極是陽極，連接電源的正極；電極反應式：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，陰極電極反應式：2H⁺+2e^-=H₂↑，
                            0.2mol  0.05mol               0.2mol  0.1mol，
該裝置中產生的氣體0.05mol+0.1mol=0.15mol，在標準狀況下的體積為0.15mol×22.4L/mol=3.36L；
用熔融K₂CO₃作介質的甲醇（CH₃OH）燃料電池充當電源，甲醇在負極放電，反應式為CH₃OH-6e^-+3CO₃^2-=4CO₂+2H₂O；
故答案為：正；3.36；CH₃OH-6e^-+3CO₃^2-=4CO₂+2H₂O．

點評 本題綜合考查了化學平衡原理、氧化還原反應、離子方程式的書寫、沉淀溶解平衡和Ksp的有關計算等內容，側重于反應原理的應用的考查，分析時要根據題給信息，結合相關原理進行解答，題目難度中等．