Question

9．鉻是人體必需的微量元素，它與脂類代謝有密切聯系，但鉻過量會引起污染，危害人類健康．
（1）不同價態的鉻毒性不同，三價鉻對人體幾乎無毒，六價鉻的毒性約為三價鉻的100倍．電鍍廠產生的鍍銅廢水中往往含有一定量的Cr₂O₇^2-，處理該廢水常用的流程如圖1所示：

Na₂S₂O₃在此過程中表現還原性．若向含Cr³⁺的廢水中加入過量NaOH溶液，會得到NaCrO₂溶液，NaCrO₂中Cr元素的化合價為+3價，反應的離子方程式為Cr³⁺+4OH^-=CrO₂^-+2H₂O．
（2）交警常用一種“酒精檢測儀”檢測司機是否酒后駕車．其反應原理如下，請配平該反應方程式：2CrO₃+3CH₃CH₂OH+3H₂SO₄-1CH₃CHO+3Cr₂（SO₄）₃+6H₂O
（3）已知存在平衡：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O．向K₂Cr₂O₇溶液中加入Ba（NO₃）₂和Pb（NO₃）₂溶液，可析出BaCrO₄和PbCrO₄兩種沉淀，反應的離子方程式為Cr₂O₇^2-+H₂O+2Ba²⁺=2BaCrO₄↓+2H⁺（任意寫出其中一種即可）．
此時溶液中c（Pb²⁺）：c（Ba²⁺）=2.2×10^-3．
已知Ksp（BaCrO₄）=1.25×10^-10；Ksp（PbCrO₄）=2.75×10^-13
（4）工業上以鉻酸鉀（K₂CrO₄）為原料，采用電化學法制備K₂Cr₂O₇，制備裝置如圖2所示（陽離子交換膜只允許陽離子透過）．通電后陽極的電極反應式為2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺（或4OH^ˉ-4e^-=O₂↑+2H₂O）．請結合方程式解釋反應一段時間后，在陰極室得到濃KOH溶液的原因陰極室發生反應2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^ˉ，c（OH^ˉ）增大；K⁺穿過陽離子交換膜進入陰極室，與OH^ˉ共同得到KOH．

Answer 1

分析 （1）Na₂S₂O₃與六價鉻發生氧化還原反應將六價的還原成+3價，所以Na₂S₂O₃是還原劑，NaCrO₂中Cr元素的化合價為+3價，向含Cr³⁺的廢水中加入過量NaOH溶液，反應方程式為：Cr³⁺+4OH^-=CrO₂^-+2H₂O；
（2）該反應中Cr元素化合價由+6價變為+3價，C₂H₅OH中C元素化合價由-2價變為-1價，得電子的化合價降低的反應物是氧化劑、失電子化合價升高的反應物是還原劑，其轉移電子總數為6，根據轉移電子相等、原子守恒配平方程式；
（3）加入Ba（NO₃）₂和Pb（NO₃）₂溶液，平衡：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O向逆反應方向移動，所以反應的離子方程式為Cr₂O₇^2-+H₂O+2Ba²⁺=2BaCrO₄↓+2H⁺（或Cr₂O₇^2-+H₂O+2Pb²⁺=2PbCrO₄↓+2H⁺，$\frac{c（P^{2+}）}{c（B{a}^{2+}）}$=$\frac{{K}_{sp}（PbCr{O}_{4}）}{{K}_{sp}（BaCr{O}_{4}）}$，由此分析解答；
（4）陽極發生氧化反應，電極反應式為：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺（或4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極室發生反應2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，c（OH^-）增大；K⁺穿過陽離子交換膜進入陰極室．

解答 解：（1）Na₂S₂O₃與六價鉻發生氧化還原反應將六價的還原成+3價，所以Na₂S₂O₃是還原劑，NaCrO₂中Cr元素的化合價為+3價，向含Cr³⁺的廢水中加入過量NaOH溶液，反應方程式為：Cr³⁺+4OH^-=CrO₂^-+2H₂O，故答案為：還原；+3；Cr³⁺+4OH^-=CrO₂^-+2H₂O；
（2）該反應中Cr元素化合價由+6價變為+3價，C₂H₅OH中C元素化合價由-2價變為-1價，轉移電子總數為6，根據轉移電子相等知，CrO₃的計量數是2，C₂H₅OH的計量數是3，再結合原子守恒配平方程式為：2CrO₃+3C₂H₅OH+3H₂SO₄=Cr₂（SO₄）₃+3CH₃CHO+6H₂O，
故答案為：2；3；3；1；3；6；
（3）加入Ba（NO₃）₂和Pb（NO₃）₂溶液，平衡：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O向逆反應方向移動，所以反應的離子方程式為Cr₂O₇^2-+H₂O+2Ba²⁺=2BaCrO₄↓+2H⁺（或Cr₂O₇^2-+H₂O+2Pb²⁺=2PbCrO₄↓+2H⁺，$\frac{c（P^{2+}）}{c（B{a}^{2+}）}$=$\frac{{K}_{sp}（PbCr{O}_{4}）}{{K}_{sp}（BaCr{O}_{4}）}$=$\frac{2.75×1{0}^{-13}}{1.25×1{0}^{-10}}$=2.2×10^-3，
故答案為：Cr₂O₇^2-+H₂O+2Ba²⁺=2BaCrO₄↓+2H⁺；2.2×10^-3；
（4）陽極發生氧化反應，電極反應式為：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺（或4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極室發生反應2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，c（OH^-）增大；K⁺穿過陽離子交換膜進入陰極室，
故答案為：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺（或4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O）；陰極室發生反應2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，c（OH^-）增大；K⁺穿過陽離子交換膜進入陰極室，與OH^-共同得到KOH．

點評 本題考查了物質分離與提純方法及其綜合應用用，題目難度中等，涉及難溶電解質的溶解平衡、氧化還原反應的計算以及化學方程式的書寫、沉淀溶解平衡的理解與計算等知識，明確實驗目的及實驗原理為解答關鍵，試題培養了學生的分析、理解能力及化學實驗能力．