Question

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-Cr₂O₇^2-Cr^3＋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=2，该溶液显________色。
（2）能说明第①步反应达平衡状态的是__________。
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1 mol Cr₂O₇^2-离子，需要________mol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) Cr^3＋(aq)＋3OH^－(aq)，常温下，Cr(OH)₃的溶度积K_sp=c(Cr^3＋)·c³(OH^－)=10^－32，要使c(Cr^3＋)降至10^－5mol/L，溶液的pH应调至_______。
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__________________。
（6）在阴极附近溶液pH升高的原因是(用电极反应解释)_________________________________。溶液中同时生成的沉淀还有__________。

Answer 1

（11分）（1）橙　（1分）（2）c　 （1分） （3）6　 （2分）（4）5  （2分）
（5）阳极反应为Fe－2e^－＝Fe^2＋，提供还原剂Fe^2＋ 2分 （6）2H^＋＋2e^－＝H₂↑　，Fe(OH)₃     （3分）

解析试题分析：（1）若平衡体系的pH＝2，这说明溶液显酸性，氢离子浓度增大，因此平衡正反应方向移动，所以该溶液显橙色。
（2）在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态。平衡时各种物质的浓度不再发生变化，但各种物质的浓度之间不一定满足某种关系，a不能说明；速率之比是相应的化学计量数之比，因此b中的关系始终是成立，不能说明，b不正确；颜色的深浅和浓度有关系，因此当溶液有色不再发生变化时，可以说明反应达到平衡状态，c正确，答案选c。
（3）在反应②中Cr元素的化合价从＋6价降低到＋3价，得到3个电子。铁元素的化合价从＋2价升高到＋3价，上去1个电子，则根据电子得失守恒可知n（Cr₂O₇^2-）×6＝n（FeSO₄?7H₂O）×1，解得n（FeSO₄?7H₂O）＝6mol。
（4）根据溶度积常数的表达式Ksp＝c(Cr³⁺)·c³(OH^—)＝10^-32可知，当溶液中c（Cr³⁺）＝10^-5mol/L时，溶液的c（OH^-）＝＝10^-9 mol/L，因此c（H⁺）＝＝10^-5mol/L，所以pH＝5，即要使c（Cr³⁺）降至10^-5mol/L，溶液的pH应调至5。
（5） Cr₂O₇^2—要生成Cr(OH)₃沉淀，必需有还原剂，而铁做电极时，在阳极上可以失去电子产生Fe²⁺，电极反应式为Fe－2e^－＝Fe²⁺。
（6）在电解池中阳离子在阴极得到电子，在溶液中由于H⁺得电子得能力强于Fe²⁺的，因此阴极是H⁺放电，电极反应式为2H⁺+2e^－＝H₂↑。随着电解的进行，溶液中的H⁺浓度逐渐降低，水的电离被促进，OH^－浓度逐渐升高。由于Fe²⁺被Cr₂O₇^2—氧化生成Fe³⁺，当溶液碱性达到一定程度时就会产生Fe(OH)₃沉淀。
考点：考查外界条件对平衡状态的影响、可逆反应平衡状态的判断、氧化还原反应的有关计算、溶度积常数的有关计算以及电化学原理的应用和电极反应式的书写等
点评：该题是中等难度的试题，也是高考中的常见题型和考点。试题综合性强，难易适中，侧重对学生能力的培养和解题方法的指导与训练，有助于培养学生的逻辑推理能力和发散思维能力。注意相关知识的积累和总结，并能灵活运用即可。