Question

13．工業(yè)廢水中常含有一定量的Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-，它們會(huì)對(duì)人類及生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生很大的傷害，必須進(jìn)行處理．常用的處理方法有兩種．
方法1：還原沉淀法
該法的工藝流程為：CrO₄^2-$→_{①轉(zhuǎn)化}^{H+}$Cr₂O₇^2-$→_{②還原}^{Fe_{2}+}$Cr³⁺$→_{③沉淀}^{OH-}$Cr（OH）₃
其中第①步存在平衡：2CrO₄^2- （黃色）+2H⁺（g）?Cr₂O₇^2- （橙色）+2H₂O
（1）若該平衡處于強(qiáng)酸性環(huán)境中，則溶液顯橙色．
（2）能說明第①步達(dá)平衡狀態(tài)的是cd．
a．Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-的濃度相同                   b.2υ（Cr₂O₇^2-）=υ（CrO₄^2-）
c．溶液的顏色不變                             d．溶液的pH保持不變
（3）寫出第②步反應(yīng)的離子方程式Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O．
方法2：電解法
實(shí)驗(yàn)室用如圖模擬含Cr₂O₇^2-的酸性廢水，隨著電解進(jìn)行，在陰極附近溶液pH升高，產(chǎn)生Cr（OH）₃沉淀．
（4）陽極的電極材料為Fe，其作用是陽極反應(yīng)為Fe-2e^-=Fe²⁺，提供還原劑Fe²⁺．
（5）溶液中同時(shí)生成的沉淀還有Fe（OH）₃，用電解法處理該溶液中0.01molCr₂O₇^2-時(shí)，至少得到沉淀的質(zhì)量是8.48g．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)外界條件對(duì)平衡的影響來確定平衡移動(dòng)方向，從而確定溶液顏色變化；
（2）根據(jù)判斷平衡狀態(tài)的方法：V_正=V_逆，或各組分的濃度保持不變則說明已達(dá)平衡，也可根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征：逆、定、動(dòng)、變、等來回答判斷；
（3）Cr₂O₇^2-具有強(qiáng)氧化性把Fe²⁺氧化為Fe³⁺；
（4）陽極是活性電極時(shí)，陽極本身失電子，生成陽離子；
（5）溶液PH升高的原因是溶液中氫離子濃度減少，即氫離子在陰極得電子，PH升高，氫氧根離子濃度增大，離子濃度冪的乘積大于溶度積，所以金屬陽離子會(huì)生成氫氧化物沉淀；根據(jù)Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，Cr³⁺+3OH^-═Cr（OH）₃↓、Fe³⁺+3OH^-═Fe（OH）₃↓進(jìn)行計(jì)算．

解答 解：（1）c（H⁺）增大，平衡2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O右移，溶液呈橙色，故答案為：橙；
（2）對(duì)于平衡：2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O，
a．Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-的濃度相同，不一定平衡，故錯(cuò)誤；
b．2υ（Cr₂O₇^2-）=υ（CrO₄^2-）不能證明正逆速率相等，所以不是平衡狀態(tài)，故錯(cuò)誤；
c．溶液的顏色不變，即有色離子濃度不會(huì)再不變，達(dá)到了化學(xué)平衡狀態(tài)，故正確；
d．溶液的pH保持不變，即氫離子濃度不變，所以達(dá)到了化學(xué)平衡狀態(tài)，故d正確；
故答案為：cd；
（3）Cr₂O₇^2-具有強(qiáng)氧化性把Fe²⁺氧化為Fe³⁺，其反應(yīng)的離子方程式為：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；
故答案為：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；
（4）在電解法除鉻中，鐵作陽極，陽極反應(yīng)為Fe-2e^-═Fe²⁺，以提供還原劑Fe²⁺，
故答案為：陽極反應(yīng)為Fe-2e^-=Fe²⁺，提供還原劑Fe²⁺；
（5）在陰極附近溶液pH升高的原因是水電離產(chǎn)生的H⁺放電生成H₂：2H⁺+2e^-═H₂↑，同時(shí)大量產(chǎn)生了OH^-，所以溶液中的Fe³⁺也將轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀；根據(jù)Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，Cr³⁺+3OH^-═Cr（OH）₃↓、Fe³⁺+3OH^-═Fe（OH）₃↓知0.01mol Cr₂O₇^2-，可生成0.02molCr（OH）₃，0.06molFe（OH）₃，至少得到沉淀的質(zhì)量是0.02mol×103g/mol+0.06mol×107g/mol=8.48g，
故答案為：Fe（OH）₃；8.48g．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查了鉻及其化合物的性質(zhì)、氧化還原反應(yīng)、沉淀溶解平衡和電化學(xué)知識(shí)等內(nèi)容，難度中等，抓住題目信息是解題的關(guān)鍵，注意把握氧化還原反應(yīng)原理以及電解時(shí)電極反應(yīng)．