Question

9．金属铬污染环境，其主要来源于冶金、水泥等工业产生的废水，煤和石油燃烧的废气中也含有颗粒状的铬．请完成下列问题：
（1）工业废水中铬常以Cr₂O₇^2-形式存在，Cr₂O₇^2-主要由CrO₄^2-酸化而来．常温下，某溶液CrO₄^2-加酸后，有90%转化为Cr₂O₇^2-，所得溶液中铬元素含量为26g/L．此时2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O转化平衡常数K=9×10¹³，则平衡时所得溶液的pH=6．
（2）工业含铬废水中铬常以Cr₂O₇^2-形式存在，可按下列流程来除去废水中的铬．

①写出还原池中发生反应的离子方程式：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O．
已知：Ksp（Cr（OH）₃）=6.3×10^-31，处理池中加入石灰水调节溶液保持pH=8，则处理后的废水中的c（Cr³⁺）=6.3×10^-13mol/L．
（3）在稀硫酸中甲醇被Cr₂O₇^2-氧化成CO₂和H₂O，化学方程式为：CH₃OH+Cr₂O₇^2-+8H⁺═CO₂↑+2Cr³⁺+6H₂O．
现有0.12g工业甲醇，在稀硫酸中与25.0mL 0.2mol/L K₂Cr₂O₇溶液反应，多余的K₂Cr₂O₇恰好与9.6mL 1.0mol/LFeSO₄溶液完全反应，求工业甲醇的质量分数．

Answer 1

分析 （1）根据反应 2CrO₄^2-+2H⁺═?Cr₂O₇^2-+H₂O及平衡常数K═9×10¹³，计算出c（H⁺），从而计算溶液的pH；
（2）含Cr₂O₇^2-的废水，在酸性条件下加入硫酸亚铁，发生氧化还原反应生成Cr³⁺、Fe³⁺，然后加入过量石灰水，可得到Cr（OH）₃、Fe（OH）₃沉淀，以此解答该题；
（3）在稀硫酸中甲醇被Cr₂O₇^2-氧化成CO₂和H₂O，同时生成Cr³⁺，根据元素守恒和元素守恒书写离子方程式，根据反应Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O 可计算出多余的K₂Cr₂O₇，进而计算出与甲醇反应的K₂Cr₂O₇，再计算出样品中的甲醇，计算甲醇的质量分数．

解答 解：（1）酸化时发生的反应为：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，若1L酸化后所得溶液中含铬元素的质量为26g，CrO₄^2-有90%转化为Cr₂O₇^2-，
根据守恒列关系式：2Cr～2CrO₄^2-～Cr₂O₇^2-
                  2            1
                $\frac{26g×\frac{9}{10}}{52g/mol}$   n（Cr₂O₇^2-）
得n（Cr₂O₇^2-）=0.225mol，
n（CrO₄^2-）_剩余=0.05mol；
则酸化后所得溶液中c（Cr₂O₇^2-）=0.225mol•L^-1； c（CrO₄^2-）_剩余=0.05mol•L^-1
设H⁺的物质的量浓度为amol/L，
              2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O
平衡（mol/L） 0.05    a   0.225
平衡常数K=$\frac{0.225}{0.05{\;}^{2}×a{\;}^{2}}$═9×10¹³，
^_则a=1.0×10^-6mol/L，所以pH=6，
故答案为：6；
（2）含Cr₂O₇^2-的废水，在酸性条件下加入硫酸亚铁，发生氧化还原反应生成Cr³⁺、Fe³⁺，然后加入过量石灰水，可得到Cr（OH）₃、Fe（OH）₃沉淀，还原池中发生反应的离子方程式为Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，溶液的pH=8，c（OH^-）=10^-6 mol/L，根据Ksp（Cr（OH）₃）=c（Cr³⁺）•c³（OH^-），可知c（Cr³⁺）=$\frac{Ksp（Cr（OH）{\;}_{3}）}{{c}^{3}（OH{\;}^{-}）}$=6.3×10^-13mol/L，
故答案为：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；6.3×10^-13mol/L；
（3）在稀硫酸中甲醇被Cr₂O₇^2-氧化成CO₂和H₂O，同时生成Cr³⁺，反应的离子方程式为CH₃OH+Cr₂O₇^2-+8H⁺═CO₂↑+2Cr³⁺+6H₂O，
根据反应CH₃OH+Cr₂O₇^2-+8H⁺═CO₂↑+2Cr³⁺+6H₂O …①；Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O …②
由反应②可知，反应①剩余的n（Cr₂O₇^2-）=$\frac{1}{6}$n（Fe²⁺）=0.0016 mol，所以反应①消耗的n（Cr₂O₇^2-）=0.0050 mol-0.0016 mol=0.0034 mol
则n（CH₃OH）=0.0034 mol，则w（CH₃OH）=$\frac{0.0034mol×32g/mol}{0.12g}$×100%=90.7%，
故答案为：CH₃OH+Cr₂O₇^2-+8H⁺═CO₂↑+2Cr³⁺+6H₂O；90.7%．

点评 本题考查物质的分离、提纯的综合应用，为高考常见题型，侧重于学生的分析能力和实验能力的考查，本题注重氧化还原反应的计算，难度不大，离子的检验是高考的热点，注意离子方程式的书写．