Question

5．元素铬（Cr）在溶液中主要以Cr³⁺（蓝紫色）、Cr（OH）₄^-（绿色）、Cr₂O₇^2-（橙红色）、CrO₄^2-（黄色）等形式存在，Cr（OH）₃为难溶于水的灰蓝色固体，回答下列问题：
（1）Cr³⁺与Al³⁺的化学性质相似，在Cr₂（SO₄）₃溶液中逐滴加入NaOH溶液直至过量，可观察到的现象是蓝紫色溶液变浅，同时有灰蓝色沉淀生成，然后沉淀逐渐溶解形成绿色溶液．
（2）CrO₄^2-和Cr₂O₇^2-在溶液中可相互转化．室温下，初始浓度为1.0mol•L^-1的Na₂CrO₄溶液中c（Cr₂O₇^2-）随c（H⁺）的变化如图所示．
①用离子方程式表示Na₂CrO₄溶液中的转化反应2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O．
②由图可知，溶液酸性增大，CrO₄^2-的平衡转化率增大（填“增大“减小”或“不变”）．根据A点数据，计算出该转化反应的平衡常数为1.0×10¹⁴．
③升高温度，溶液中CrO₄^2-的平衡转化率减小，则该反应的△H小于0（填“大于”“小于”或“等于”）．
（3）在化学分析中采用K₂CrO₄为指示剂，以AgNO₃标准溶液滴定溶液中的Cl^-，利用Ag⁺与CrO₄^2-生成砖红色沉淀，指示到达滴定终点．当溶液中Cl^-恰好完全沉淀（浓度等于1.0×10^-5mol•L^-1）时，溶液中c（Ag⁺）为2.0×10^-5mol•L^-1，此时溶液中c（CrO₄^2-）等于5×10^-3mol•L^-1．（已知Ag₂CrO₄、AgCl的K_sp分别为2.0×10^-12和2.0×10^-10）．
（4）+6价铬的化合物毒性较大，常用NaHSO₃将废液中的Cr₂O₇^2-还原成Cr³⁺，反应的离子方程式为5H⁺+Cr₂O₇^2-+3HSO₃^-=2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）溶液Cr³⁺（蓝紫色）和氢氧化钠溶液反应生成Cr（OH）₃为难溶于水的灰蓝色固体，和氢氧化铝性质相似为两性氢氧化物，溶于强碱；
（2）①图象分析可知随氢离子浓度增大，铬酸根离子转化为重铬酸根离子；A点c（Cr₂O₇^2-）=0.25mol/L，c（H⁺）=10^-7mol/L，c（CrO₄^2-）=0.5mol/L，依据平衡常数概念计算，K=$\frac{c（C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}）}{{c}^{2}（{H}^{+}）{c}^{2}（Cr{{O}_{4}}^{2-}）}$；
②溶液酸性增大，平衡2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O正向进行，CrO₄^2-的平衡转化率增大；A点Cr₂O₇^2-的浓度为0.25mol/L，则消耗的CrO₄^2-的浓度为0.5mol/L，则溶液中的c（CrO₄^2-）=1.0mol/L-0.25mol/L×2=0.5mol/L，H⁺浓度为1×10^-7mol/L，计算反应的平衡常数；
③升高温度，溶液中CrO₄^2-的平衡转化率减小，平衡逆向移动；
（3）当溶液中Cl^-完全沉淀时，即c（Cl^-）=1.0×10^-5mol/L，依据Ksp（AgCl）=2.0×10^-10，计算得到c（Ag⁺）=$\frac{Ksp（AgCl）}{c（C{l}^{-}）}$，依据计算得到的银离子浓度和溶度积常数计算此时溶液中c（CrO₄^2-）=$\frac{Ksp（A{g}_{2}Cr{O}_{4}）}{{c}^{2}（A{g}^{+}）}$；
（4）利用NaHSO₃的还原性将废液中的Cr₂O₇^2-还原成Cr³⁺．

解答 解：（1）Cr³⁺与Al³⁺的化学性质相似可知Cr₂（SO₄）₃溶液中逐滴加入NaOH溶液，先生成Cr（OH）₃灰蓝色沉淀，继续加入NaOH后沉淀溶解，生成绿色Cr（OH）₄^-；
故答案为：蓝紫色溶液变浅，同时有灰蓝色沉淀生成，然后沉淀逐渐溶解形成绿色溶液；
（2）①随着H⁺浓度的增大，CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-的离子反应式为：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，
故答案为：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O；
②溶液酸性增大，平衡2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O正向进行，CrO₄^2-的平衡转化率增大；A点Cr₂O₇^2-的浓度为0.25mol/L，则消耗的CrO₄^2-的浓度为0.5mol/L，则溶液中的c（CrO₄^2-）=1.0mol/L-0.25mol/L×2=0.5mol/L，H⁺浓度为1×10^-7mol/L，此时该转化反应的平衡常数为 K=$\frac{c（C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}）}{{c}^{2}（{H}^{+}）{c}^{2}（Cr{{O}_{4}}^{2-}）}$=$\frac{0.25}{0．{5}^{2}×（1{0}^{-7}）^{2}}$=1.0×10¹⁴，
故答案为：1.0×10¹⁴；
③升高温度，溶液中CrO₄^2-的平衡转化率减小，平衡逆向移动，说明正方向放热，则该反应的△H＜0，
故答案为：小于；
（3）当溶液中Cl^-完全沉淀时，即c（Cl^-）=1.0×10^-5mol/L，依据Ksp（AgCl）=2.0×10^-10，计算得到c（Ag⁺）=$\frac{Ksp（AgCl）}{c（C{l}^{-}）}$=$\frac{2.0×1{0}^{-10}}{1.0×1{0}^{-5}}$=2.0×10^-5mol/L
此时溶液中c（CrO₄^2-）=$\frac{Ksp（A{g}_{2}Cr{O}_{4}）}{{c}^{2}（A{g}^{+}）}$=$\frac{2.0×1{0}^{-12}}{（2.0×1{0}^{-5}）^{2}}$=5.0×10^-3mol/L，
故答案为：2.0×10^-5 ；5.0×10^-3；
（4）利用NaHSO₃的还原性将废液中的Cr₂O₇^2-还原成Cr³⁺，发生反应的离子方程式为：5H⁺+Cr₂O₇^2-+3HSO₃^-=2Cr³⁺⁺3SO₄^2-+4H₂O，
故答案为：5H⁺+Cr₂O₇^2-+3HSO₃^-=2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂O．

点评 本题考查化学反应原理的分析与探究、化学平衡常数、溶度积常数的计算的知识，注意平衡常数的理解应用，题目难度中等．