Question

14．鉻是用途廣泛的金屬元素，但在生產(chǎn)過(guò)程中易產(chǎn)生有害的含鉻工業(yè)廢水．
（1）還原沉淀法是處理含Cr₂O₇^2- 和CrO₄^2-工業(yè)廢水的一種常用方法，其工藝流程為：
2CrO₄^2-$→_{Ⅰ轉(zhuǎn)化}^{H+}$Cr₂O₇²  $→_{Ⅱ還原}^{Fe_{2}+}$ Cr³⁺$→_{Ⅲ}^{OH-}$Cr（OH）₃↓
其中第I步存在平衡：2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺═Cr₂O₇^2- （橙色）+H₂O
①若平衡體系的pH=2，該溶液顯橙色．
②根據(jù)2CrO₄^2-+2H^+?Cr₂O₇^2-+H₂O，設(shè)計(jì)右圖裝置（均為惰性電極）電解Na₂CrO₄溶液制取Na₂Cr₂O₇．Na₂Cr₂O₇中鉻元素的化合價(jià)為+6，圖中右側(cè)電極連接電源的正極，其電極反應(yīng)式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O．

③第Ⅱ步反應(yīng)的離子方程式：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，向Ⅱ反應(yīng)后的溶液加一定量NaOH，若溶液中c（Fe³⁺）=2.0×10^-12mol•L^-1，則溶液中c（Cr³⁺）=3×10^-5mol•L^-1．（已知Ksp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，Ksp[Cr（OH）₃]=6.0×10^-31）．
（2）CrO₃具有強(qiáng)氧化性，遇到有機(jī)物（如酒精）時(shí)，猛烈反應(yīng)以至著火．若該過(guò)程中乙醇被氧化成乙酸，CrO₃被還原成綠色的Cr₂（SO₄）₃．完成該反應(yīng)的化學(xué)方程式：
4CrO₃+3C₂H₅OH+6H₂SO₄=2Cr₂（SO₄）₃+3CH₃COOH+9H₂O
（3）CrO₃的熱穩(wěn)定性較差，加熱時(shí)逐步分解，其固體殘留率隨溫度的變化如圖2所示．B點(diǎn)時(shí)剩余固體的成分是Cr₂O₃（填化學(xué)式）．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)氫離子對(duì)2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺═Cr₂O₇^2- （橙色）+H₂O平衡移動(dòng)的影響判斷；
②根據(jù)2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O設(shè)計(jì)圖示裝置（均為惰性電極）電解Na₂CrO₄溶液制取Na₂Cr₂O₇，需要通過(guò)電解生成H⁺提高溶液的酸性，說(shuō)明在該電極是陽(yáng)極，連接電源的正極，電極反應(yīng)式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
③亞鐵離子與Cr₂O₇^2-發(fā)生氧化還原反應(yīng)，由c（Fe³⁺）和Ksp[Fe（OH）₃]計(jì)算c（OH^-），結(jié)合Ksp[Cr（OH）₃]計(jì)算c（Cr³⁺）；
（2）根據(jù)化合價(jià)升降總數(shù)相等以及原子守恒來(lái)解答；
（3）根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在變化過(guò)程中，Cr的質(zhì)量沒(méi)有變，求出氧原子和鉻原子的個(gè)數(shù)比即可．

解答 解：（1）①若平衡體系的pH=2，溶液酸性較強(qiáng)，平衡2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺═Cr₂O₇^2- （橙色）+H₂O正向移動(dòng)，溶液呈橙色，故答案為：橙；
②由化合價(jià)代數(shù)和為0可知Na₂Cr₂O₇中鉻元素的化合價(jià)為+6價(jià)，根據(jù)2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O設(shè)計(jì)圖示裝置（均為惰性電極）電解Na₂CrO₄溶液制取Na₂Cr₂O₇，需要通過(guò)電解生成H⁺提高溶液的酸性，說(shuō)明在該電極是陽(yáng)極，連接電源的正極，電極反應(yīng)式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，
故答案為：+6；正極；4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
③亞鐵離子與Cr₂O₇^2-發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式為6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，
向Ⅱ反應(yīng)后的溶液加一定量NaOH，若溶液中c（Fe³⁺）=2.0×10^-12mol•L^-1，則c（OH^-）=$\root{3}{\frac{4.0×1{0}^{-38}}{2.0×1{0}^{-12}}}$mol/L，
c（Cr³⁺）=3×10^-5，
故答案為：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O；3×10^-5；
（2）CrO₃具有強(qiáng)氧化性，遇到有機(jī)物（如酒精）時(shí)，乙醇被氧化成乙酸，碳的平均化合價(jià)從-2價(jià)升高到0，1個(gè)乙醇化合價(jià)變化4，CrO₃被還原成綠色的硫酸鉻[Cr₂（SO₄）₃]，鉻的化合價(jià)從+6價(jià)降低到+3價(jià)，1個(gè)CrO₃化合價(jià)變化3，兩者的最小公倍數(shù)是12，再根據(jù)原子守恒得4CrO₃+3C₂H₅OH+6H₂SO₄=2Cr₂（SO₄）₃+3CH₃COOH+9H₂O，
故答案為：4；3；6；2；3；9H₂O；
（3）設(shè)固體質(zhì)量為100g，B點(diǎn)時(shí)固體的質(zhì)量為：100g×76%=76g，Cr的質(zhì)量沒(méi)有變，所以生成物中Cr的質(zhì)量為52g，氧元素的質(zhì)量為16，兩者的個(gè)數(shù)比為$\frac{52}{52}$：$\frac{24}{16}$=2：3，所以B點(diǎn)時(shí)剩余固體的成分是Cr₂O₃，所以加熱到 750K 時(shí)成分是Cr₂O₃，故答案為：Cr₂O₃．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查了化學(xué)平衡原理、氧化還原反應(yīng)、離子方程式的書(shū)寫(xiě)、沉淀溶解平衡和Ksp的有關(guān)計(jì)算等內(nèi)容，側(cè)重于反應(yīng)原理的應(yīng)用的考查，分析時(shí)要根據(jù)題給信息，結(jié)合相關(guān)原理進(jìn)行解答，題目難度中等．