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9.工业废水中常含有一定量的Cr2O72-和CrO42-,它们会对人类及生态系统产生很大的伤害,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:CrO${\;}_{4}^{2-}$$\underset{\stackrel{{H}^{+}}{→}}{①转化}$Cr2O${\;}_{7}^{2-}$$\underset{\stackrel{F{e}^{2+}}{→}}{②还原}$Cr3+$\underset{\stackrel{O{H}^{-}}{→}}{③沉淀}$Cr(OH)3
其中第①步存在平衡:2CrO42-(黄色)+2H+?Cr2O72-(橙色)+H2O
(1)若平衡体系的pH=2,则溶液显橙色.
(2)能说明第①步反应达平衡状态的是c.
a、Cr2O72-和CrO42-的浓度相同
b、2v (Cr2O72-)=v (CrO42-
c、溶液的颜色不变
(3)第②步中,还原1mol Cr2O72-离子,需要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Ksp=c(Cr3+)•c3(OH-)=10-32,要使c(Cr3+)降至10-5mol/L,溶液的pH应调至5.
方法2:电解法:该法用Fe做电极电解含Cr2O72-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做电极的原因为阳极反应为Fe-2e-=Fe2+,提供还原剂Fe2+
(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↑,氢离子浓度减少溶液的酸性减弱,溶液中同时生成的沉淀还有Fe(OH)3

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=V,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;
(5)阳极是活性电极时,阳极本身失电子,生成阳离子;
(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)c(H+)增大,平衡2CrO42-(黄色)+2H+?Cr2O72-(橙色)+H2O右移,溶液呈橙色,故答案为:橙;
(2)对于平衡:2CrO42-(黄色)+2H+?Cr2O72-(橙色)+H2O,
a.Cr2O72-和CrO42-的浓度相同,不一定平衡,故错误;
b.2υ(Cr2O72-)=υ(CrO42-)不能证明正逆速率相等,所以不是平衡状态,故错误;
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,故正确;
故选c;
(3)还原1mol Cr2O72-离子,铬元素化合价从+6价降低到+3价,一共得到电子6mol,亚铁离子被氧化为+3价,应该得到6mol电子,所以还原1mol Cr2O72-离子,
需要6mol的FeSO4•7H2O,故答案为:6;
(4)Cr(OH)3的溶度积Ksp=c(Cr3+)•c3(OH-)=10-32,要使c(Cr3+)降至10-5mol/L,则需c(OH-)=$\root{3}{\frac{{K}_{sp}}{c(C{r}^{3+})}}$=$\root{3}{\frac{1{0}^{-32}}{1{0}^{-5}}}$=10-9mol/L,所以c(H+)=10-5mol/L,即pH=5,故答案为: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+
故答案为:阳极反应为Fe-2e-=Fe2+,提供还原剂Fe2+
(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↑,氢离子浓度减少溶液的酸性减弱;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,难度中等,抓住题目信息是解题的关键.

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