Question

7．工業(yè)廢水中常含有一定量Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-，它們會對人類及生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生很大傷害．
已知：
i.2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O
ii．Cr（OH）₃（s）+H₂O?[Cr（OH）₄]^- （亮綠色）+H⁺
（1）含鉻工業(yè)廢水的一種處理流程如下：CrO${\;}_{4}^{2-}$$→_{①轉(zhuǎn)化}^{H+}$Cr₂O₇^2-$→_{②還原}^{Fe_{2}+}$Cr³⁺$→_{③沉淀}^{OH-}$Cr（OH）₃↓
①i．若在轉(zhuǎn)化一步中調(diào)節(jié)溶液的pH=2，則溶液顯橙色．
ii．能說明轉(zhuǎn)化一步反應達平衡狀態(tài)的是cd（填字母序號）．
a．Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-的濃度相同       b．ν_正（Cr₂O₇^2-）=2ν_逆（CrO₄^2-）
c．溶液的顏色不變                d．溶液的pH不變
②步驟②還原一步的離子方程式是Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；若還原l mol Cr₂O₇^2-離子，需要FeSO₄•7H₂O的物質(zhì)的量是6mol．
③沉淀一步中，向含Cr³⁺（紫色）溶液中，逐漸滴加NaOH溶液．當pH=4.6時，開始出現(xiàn)灰綠色沉淀，隨著pH的升高，沉淀量增多．當pH≥13時，沉淀逐漸消失，溶液變?yōu)榱辆G色．
i．請解釋溶液逐漸變?yōu)榱辆G色的原因：隨著溶液pH增大，平衡Cr（OH）₃（s）+H₂O?[Cr（OH）₄]^-（亮綠色）+H⁺正向移動，故溶液逐漸變?yōu)榱辆G色．
ii．若向0.05mol•L^-1的Cr₂（SO₄）₃溶液50mL中，一次性加入等體積0.6mol•L^-1的NaOH溶液，充分反應后，溶液中可觀察到的現(xiàn)象是溶液由紫色最終變?yōu)榱辆G色．
④在K[Cr（OH）₄]和K₂Cr₂O₇混合溶液中加入足量H₂SO₄酸化，鉻元素以Cr³⁺和Cr₂O₇^2-形式存在（填離子符號）．
（2）用Fe做電極電解含Cr₂O₇^2-的酸性工業(yè)廢水，可以直接除去鉻．隨著電解進行，在陰極附近溶液pH升高，產(chǎn)生Cr（OH）₃沉淀．
①結(jié)合上述工業(yè)流程分析用Fe做電極的原因：鐵在陽極反應發(fā)生反應Fe-2e^-═Fe²⁺，為還原Cr₂O₇^2-提供還原劑Fe²⁺．
②結(jié)合電極反應式解釋在陰極附近溶液pH升高的原因：陰極發(fā)生反應2H⁺+2e^-═H₂↑，導致c（H⁺）下降．
③溶液中同時生成的沉淀可能還有Fe（OH）₃（填化學式）．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)外界條件對平衡的影響來確定平衡移動方向；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平衡；
②在酸性條件下Cr₂O₇^2-與亞鐵離子發(fā)生氧化還原反應；根據(jù)氧化還原反應中得失電子守恒來計算；
③濃度對平衡的影響；氫氧根的濃度較大且過量；
④氫離子的濃度對平衡i、ii的影響；
（2）①鐵在陽極反應發(fā)生反應Fe-2e^-═Fe²⁺，為還原Cr₂O₇^2-提供還原劑Fe²⁺，則應該用Fe作陽極；
②溶液中氫離子在陰極放電生成氫氣，導致陰極附近氫離子濃度降低；
③亞鐵離子被氧化生成Fe³⁺，F(xiàn)e³⁺和OH^-反應生成Fe（OH）₃沉淀．

解答 解：（1）①c（H⁺）增大，平衡2CrO₄^2-（黃色）+2H^+_?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O右移，溶液呈橙色；
a．Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-的濃度相同，達到平衡時，是濃度保持不變，不是相同，故a錯誤；      
b．要方向相反，且速率之比與計量數(shù)之比成比例，說明達到平衡，而ν_正（Cr₂O₇^2-）=2ν_逆（CrO₄^2-）不滿足與計量數(shù)成比例，故b錯誤；
c．溶液的顏色不變，說明有顏色的離子濃度不變，達到平衡，故c正確；               
d．溶液的pH不變，說明氫離子濃度不變，達到平衡，故d正確；
故答案為：橙；cd；
②在酸性條件下Cr₂O₇^2-與與亞鐵離子發(fā)生氧化還原反應，
反應方程式為Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；
根據(jù)電子得失守恒：n（Cr₂O₇^2-）×6=n（FeSO₄•7H₂O）×1，n（FeSO₄•7H₂O）=$\frac{1mol×6}{1}$=6mol，
故答案為：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；6；
③向含Cr³⁺（紫色）溶液中，逐漸滴加NaOH溶液，氫離子濃度減小，溶液pH增大，平衡 Cr（OH）₃（s）+H₂O?[Cr（OH）₄]^- （亮綠色）+H⁺正向移動，故溶液逐漸變?yōu)榱辆G色；若向0.05mol•L^-1的Cr₂（SO₄）₃溶液50mL中，一次性加入等體積0.6mol•L^-1的NaOH溶液，氫氧根的濃度較大且過量，平衡向右移徹底，溶液由紫色最終變?yōu)榱辆G色；
故答案為：隨著溶液pH增大，平衡 Cr（OH）₃（s）+H₂O?[Cr（OH）₄]^- （亮綠色）+H⁺正向移動，故溶液逐漸變?yōu)榱辆G色；溶液由紫色最終變?yōu)榱辆G色；
④在K[Cr（OH）₄]和K₂Cr₂O₇混合溶液中加入足量H₂SO₄酸化，
i.2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O
ii．Cr（OH）₃（s）+H₂O?[Cr（OH）₄]^- （亮綠色）+H⁺
氫離子濃度足夠大，i向右移，ii向左移，氫氧化鉻溶解，得到Cr³⁺，所以鉻元素以Cr³⁺和Cr₂O₇^2-存在，
故答案為：Cr³⁺和Cr₂O₇^2-；
（2）①鐵在陽極反應發(fā)生反應Fe-2e^-═Fe²⁺，為還原Cr₂O₇^2-提供還原劑Fe²⁺，則應該用Fe作陽極，
故答案為：鐵在陽極反應發(fā)生反應Fe-2e^-═Fe²⁺，為還原Cr₂O₇^2-提供還原劑Fe²⁺；
②溶液中氫離子在陰極放電生成氫氣，導致陰極附近氫離子濃度降低，溶液的pH升高，
電極反應式為2H⁺+2e^-=H₂ ↑，
故答案為：陰極發(fā)生反應2H⁺+2e^-═H₂↑，導致c（H⁺）下降；
③亞鐵離子被氧化生成Fe³⁺，F(xiàn)e³⁺和OH^-反應生成Fe（OH）₃沉淀，
故答案為：Fe（OH）₃．

點評 本題主要考查了化學平衡移動原理、氧化還原反應、沉淀溶解平衡等內(nèi)容．解題根據(jù)題給信息，再結(jié)合相關(guān)原理可進行解答本題考查氧化還原反應計算、電解原理、物質(zhì)分離和提純等知識點，為高頻考點，側(cè)重考查學生分析計算能力，明確氧化還原反應中轉(zhuǎn)移電子守恒是解本題關(guān)鍵，題目綜合性強．