Question

18．工业废水中常含有一定量的Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-，它们会对人类及生态系统产生很大损害，必须进行处理．常用的处理方法有两种．
方法1：还原沉淀法．该法的工艺流程为：
CrO₄^2- $→_{①转化}^{H+}$Cr₂O₇^2- $→_{②还原}^{Fe_{2}+}$Cr³⁺ $→_{③沉淀}^{OH-}$Cr（OH）₃↓
其中第①步存在平衡：
2CrO₄^2- （黄色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O
（1）若平衡体系的pH=12，该溶液显黄色．
（2）不能说明第①步反应达平衡状态的是ab．
a．Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-的浓度相同      b．2v （Cr₂O₇^2-）=v （CrO₄^2-）      c．溶液的颜色不变
（3）第②步中，还原0.1mol Cr₂O₇^2-离子，需要0.6mol的FeSO₄•7H₂O．
（4）第③步生成的Cr（OH）₃在溶液中存在以下沉淀溶解平衡：
Cr（OH）₃（s）?Cr³⁺（aq）+3OH^-（aq）
常温下，Cr（OH）₃的溶度积K_sp=c（Cr³⁺）•c³（OH^-）=10^-32，若将溶液的pH调至5，则溶液中c（Cr³⁺）将降至10^-5mol/L．
方法2：电解法：该法用Fe做电极电解含Cr₂O₇^2-的酸性废水，随着电解进行，在阴极附近溶液pH升高，产生Cr（OH）₃沉淀．
（5）用Fe做电极的原因为提供还原剂Fe²⁺；该电极上的反应式为Fe-2e^-═Fe²⁺；溶液中Cr₂O₇^2-被还原的离子方程式为Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；
（6）在阴极附近溶液pH升高的原因是（用电极反应解释）2H⁺+2e^-═H₂↑．溶液中同时生成的沉淀还有Fe（OH）₃．

Answer 1

分析 （1）根据外界条件对平衡的影响来确定平衡移动方向，从而确定溶液颜色变化；
（2）根据判断平衡状态的方法：V_正=V_逆，或各组分的浓度保持不变则说明已达平衡，也可根据化学平衡状态的特征：逆、定、动、变、等来回答判断；
（3）在氧化还原反应中，化合价升高值=化合价降低值=转移电子数来计算；
（4）根据Ksp=c（Cr³⁺）•c³（OH^-）来计算氢氧根离子离子的浓度，并计算氢离子浓度和pH的大小；Cr（OH）₃是难溶电解质，在溶液中存在沉淀溶解平衡；
（5）阳极是活性电极时，阳极本身失电子，生成阳离子，Cr₂O₇^2-与亚铁离子发生氧化还原反应；
（6）溶液PH升高的原因是溶液中氢离子浓度减少，即氢离子在阴极得电子，PH升高，氢氧根离子浓度增大，离子浓度幂的乘积大于溶度积，所以金属阳离子会生成氢氧化物沉淀．

解答 解：（1）pH=12时溶液呈碱性，2CrO₄^2- （黄色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O向逆向移动，溶液呈黄色，故答案为：黄；
（2）对于平衡：2CrO₄^2-（黄色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O，
a．Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-的浓度相同，不一定平衡，故a错误；
b．2υ（Cr₂O₇^2-）=υ（CrO₄^2-）不能证明正逆速率相等，所以不是平衡状态，故b错误；
c．溶液的颜色不变，即有色离子浓度不会再不变，达到了化学平衡状态，故c正确；
故答案为：ab；
（3）还原0.1mol Cr₂O₇^2-离子，铬元素化合价从+6价降低到+3价，一共得到电子0.6mol，亚铁离子被氧化为+3价，应该得到0.6mol电子，所以还原0.1mol Cr₂O₇^2-离子，需要0.6mol的FeSO₄•7H₂O，
故答案为：0.6；
（4）K_sp=c（Cr³⁺）•c³（OH^-）=10^-32，若将溶液的pH调至5，c（H⁺）=10^-5mol/L，c（OH^-）=10^-9mol/L，c（Cr³⁺）=$\frac{1{0}^{-32}}{（1{0}^{-9}）^{3}}$=mol/L=10^-5mol/L，
故答案为：10^-5；
（5）在电解法除铬中，铁作阳极，阳极反应为Fe-2e^-═Fe²⁺，以提供还原剂Fe²⁺，与Cr₂O₇^2-发生氧化还原反应，离子方程式为Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
故答案为：提供还原剂Fe²⁺；Fe-2e^-═Fe²⁺；Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；
（6）在阴极附近溶液pH升高的原因是水电离产生的H⁺放电生成H₂：2H⁺+2e^-═H₂↑；同时大量产生了OH^-，所以溶液中的Fe³⁺也将转化为Fe（OH）₃沉淀；
故答案为：2H⁺+2e^-═H₂↑；Fe（OH）₃．

点评 本题主要考查了铬及其化合物的性质、氧化还原反应、沉淀溶解平衡和电化学知识等内容，为高频考点，侧重于学生的分析、实验和计算能力的考查，难度中等，抓住题目信息是解题的关键，注意把握氧化还原反应原理以及溶度积在计算中的应用．