Question

14．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：Cr${\;}_{4}^{2-}$$→_{①转化}^{H+}$Cr₂O${\;}_{4}^{2-}$$→_{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=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．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1mol Cr₂O₇^2-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K_sp=c（Cr³⁺）•c³（OH^-）=10^-32，要使c（Cr³⁺）降至10^-5 mol/L，溶液的pH应调至5．
方法2：电解法．该法用Fe作电极电解含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作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↑；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；
（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2CrO₄^2-（黄色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O右移，溶液呈橙色，故答案为：橙；
（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；
故选c；
（3）还原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6mol，亚铁离子被氧化为+3价，应该得到6mol电子，所以还原1mol Cr₂O₇^2-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^-）=$\root{3}{\frac{Ksp}{c（C{r}^{3+}）}}$=$\root{3}{\frac{1{0}^{-32}}{1{0}^{-5}}}$=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↑；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，明确物质的性质及发生的化学反应、溶度积常数的计算方法是解答本题的关键，试题培养了学生的分析、理解能力及计算能力．