Question

7．工业废水中常含有一定量Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-，它们会对人类及生态系统产生很大伤害．
已知：
i.2CrO₄^2-（黄色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O
ii．Cr（OH）₃（s）+H₂O?[Cr（OH）₄]^- （亮绿色）+H⁺
（1）含铬工业废水的一种处理流程如下：CrO${\;}_{4}^{2-}$$→_{①转化}^{H+}$Cr₂O₇^2-$→_{②还原}^{Fe_{2}+}$Cr³⁺$→_{③沉淀}^{OH-}$Cr（OH）₃↓
①i．若在转化一步中调节溶液的pH=2，则溶液显橙色．
ii．能说明转化一步反应达平衡状态的是cd（填字母序号）．
a．Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-的浓度相同       b．ν_正（Cr₂O₇^2-）=2ν_逆（CrO₄^2-）
c．溶液的颜色不变                d．溶液的pH不变
②步骤②还原一步的离子方程式是Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；若还原l mol Cr₂O₇^2-离子，需要FeSO₄•7H₂O的物质的量是6mol．
③沉淀一步中，向含Cr³⁺（紫色）溶液中，逐渐滴加NaOH溶液．当pH=4.6时，开始出现灰绿色沉淀，随着pH的升高，沉淀量增多．当pH≥13时，沉淀逐渐消失，溶液变为亮绿色．
i．请解释溶液逐渐变为亮绿色的原因：随着溶液pH增大，平衡Cr（OH）₃（s）+H₂O?[Cr（OH）₄]^-（亮绿色）+H⁺正向移动，故溶液逐渐变为亮绿色．
ii．若向0.05mol•L^-1的Cr₂（SO₄）₃溶液50mL中，一次性加入等体积0.6mol•L^-1的NaOH溶液，充分反应后，溶液中可观察到的现象是溶液由紫色最终变为亮绿色．
④在K[Cr（OH）₄]和K₂Cr₂O₇混合溶液中加入足量H₂SO₄酸化，铬元素以Cr³⁺和Cr₂O₇^2-形式存在（填离子符号）．
（2）用Fe做电极电解含Cr₂O₇^2-的酸性工业废水，可以直接除去铬．随着电解进行，在阴极附近溶液pH升高，产生Cr（OH）₃沉淀．
①结合上述工业流程分析用Fe做电极的原因：铁在阳极反应发生反应Fe-2e^-═Fe²⁺，为还原Cr₂O₇^2-提供还原剂Fe²⁺．
②结合电极反应式解释在阴极附近溶液pH升高的原因：阴极发生反应2H⁺+2e^-═H₂↑，导致c（H⁺）下降．
③溶液中同时生成的沉淀可能还有Fe（OH）₃（填化学式）．

Answer 1

分析 （1）①根据外界条件对平衡的影响来确定平衡移动方向；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；
②在酸性条件下Cr₂O₇^2-与亚铁离子发生氧化还原反应；根据氧化还原反应中得失电子守恒来计算；
③浓度对平衡的影响；氢氧根的浓度较大且过量；
④氢离子的浓度对平衡i、ii的影响；
（2）①铁在阳极反应发生反应Fe-2e^-═Fe²⁺，为还原Cr₂O₇^2-提供还原剂Fe²⁺，则应该用Fe作阳极；
②溶液中氢离子在阴极放电生成氢气，导致阴极附近氢离子浓度降低；
③亚铁离子被氧化生成Fe³⁺，Fe³⁺和OH^-反应生成Fe（OH）₃沉淀．

解答 解：（1）①c（H⁺）增大，平衡2CrO₄^2-（黄色）+2H^+_?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O右移，溶液呈橙色；
a．Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-的浓度相同，达到平衡时，是浓度保持不变，不是相同，故a错误；      
b．要方向相反，且速率之比与计量数之比成比例，说明达到平衡，而ν_正（Cr₂O₇^2-）=2ν_逆（CrO₄^2-）不满足与计量数成比例，故b错误；
c．溶液的颜色不变，说明有颜色的离子浓度不变，达到平衡，故c正确；               
d．溶液的pH不变，说明氢离子浓度不变，达到平衡，故d正确；
故答案为：橙；cd；
②在酸性条件下Cr₂O₇^2-与与亚铁离子发生氧化还原反应，
反应方程式为Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；
根据电子得失守恒：n（Cr₂O₇^2-）×6=n（FeSO₄•7H₂O）×1，n（FeSO₄•7H₂O）=$\frac{1mol×6}{1}$=6mol，
故答案为：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；6；
③向含Cr³⁺（紫色）溶液中，逐渐滴加NaOH溶液，氢离子浓度减小，溶液pH增大，平衡 Cr（OH）₃（s）+H₂O?[Cr（OH）₄]^- （亮绿色）+H⁺正向移动，故溶液逐渐变为亮绿色；若向0.05mol•L^-1的Cr₂（SO₄）₃溶液50mL中，一次性加入等体积0.6mol•L^-1的NaOH溶液，氢氧根的浓度较大且过量，平衡向右移彻底，溶液由紫色最终变为亮绿色；
故答案为：随着溶液pH增大，平衡 Cr（OH）₃（s）+H₂O?[Cr（OH）₄]^- （亮绿色）+H⁺正向移动，故溶液逐渐变为亮绿色；溶液由紫色最终变为亮绿色；
④在K[Cr（OH）₄]和K₂Cr₂O₇混合溶液中加入足量H₂SO₄酸化，
i.2CrO₄^2-（黄色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O
ii．Cr（OH）₃（s）+H₂O?[Cr（OH）₄]^- （亮绿色）+H⁺
氢离子浓度足够大，i向右移，ii向左移，氢氧化铬溶解，得到Cr³⁺，所以铬元素以Cr³⁺和Cr₂O₇^2-存在，
故答案为：Cr³⁺和Cr₂O₇^2-；
（2）①铁在阳极反应发生反应Fe-2e^-═Fe²⁺，为还原Cr₂O₇^2-提供还原剂Fe²⁺，则应该用Fe作阳极，
故答案为：铁在阳极反应发生反应Fe-2e^-═Fe²⁺，为还原Cr₂O₇^2-提供还原剂Fe²⁺；
②溶液中氢离子在阴极放电生成氢气，导致阴极附近氢离子浓度降低，溶液的pH升高，
电极反应式为2H⁺+2e^-=H₂ ↑，
故答案为：阴极发生反应2H⁺+2e^-═H₂↑，导致c（H⁺）下降；
③亚铁离子被氧化生成Fe³⁺，Fe³⁺和OH^-反应生成Fe（OH）₃沉淀，
故答案为：Fe（OH）₃．

点评 本题主要考查了化学平衡移动原理、氧化还原反应、沉淀溶解平衡等内容．解题根据题给信息，再结合相关原理可进行解答本题考查氧化还原反应计算、电解原理、物质分离和提纯等知识点，为高频考点，侧重考查学生分析计算能力，明确氧化还原反应中转移电子守恒是解本题关键，题目综合性强．