Question

15．环境中常见的重金属污染物有：汞、铅、锰、铬、镉．处理工业废水中含有的Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-，常用的方法为还原沉淀法，该法的工艺流程为：
CrO₄^2-$\underset{\stackrel{{H}^{+}}{→}}{①转化}$Cr₂O₇^2-$\underset{\stackrel{F{e}^{2+}}{→}}{②还原}$Cr³⁺$\underset{\stackrel{O{H}^{-}}{→}}{③沉淀}$Cr（OH）₃↓
其中第①步存在平衡：2CrO₄^2-（黄色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O．
（1）写出第①步反应的平衡常数表达式K=$\frac{c（C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}）}{{c}^{2}（Cr{{O}_{4}}^{2-}）．{c}^{2}（{H}^{+}）}$
（2）关于第①步反应，下列说法正确的是AC
A．通过测定溶液的pH可以判断反应是否已达到平衡状态
B．该反应为氧化还原反应
C．强酸性环境，溶液的颜色为橙色
（3）第②步中，还原0.2mol Cr₂O₇^2-，需要1.2mol mol的FeSO₄•7H₂O．
（4）第③步除生成Cr（OH）₃外，还可能生成的沉淀为Fe（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=10^-32，当c（Cr³⁺）降至10^-5 mol/L，认为c（Cr³⁺）已经完全沉淀，现将第③步溶液的pH调至4，请通过计算说明Cr³⁺是否沉淀完全（请写出计算过程）：
当pH调至4时，c（OH^-）=10^-10mol•L^-1，c（Cr³⁺）=$\frac{Ksp[Cr（OH）_{3}]}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=10^-2mol•L^-1＞10^-5mol•L^-1，因此Cr³⁺没有沉淀完全．

Answer 1

分析 （1）反应2CrO₄^2-（黄色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O化学平衡常数K=$\frac{c（C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}）}{{c}^{2}（Cr{{O}_{4}}^{2-}）．{c}^{2}（{H}^{+}）}$；
（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）根据已知的反应物和生成物，结合元素守恒及电荷守恒书写离子方程式；根据得失电子守恒来计算；
（4）根据化学反应过程的分析判断离子种类，得出产物；根据溶度积常数计算，确定溶液中离子是否沉淀完全；

解答 解：（1）反应2CrO₄^2-（黄色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O化学平衡常数K=$\frac{c（C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}）}{{c}^{2}（Cr{{O}_{4}}^{2-}）．{c}^{2}（{H}^{+}）}$，故答案为：K=$\frac{c（C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}）}{{c}^{2}（Cr{{O}_{4}}^{2-}）．{c}^{2}（{H}^{+}）}$；
（2）A．溶液的pH值不变，即溶液的酸性不变，氢离子浓度不变，达到了化学平衡状态，故A正确；
B．只要反应发生就是非氧化还原反应，不能作平衡状态的标志，故B错误；
C．强酸性环境，溶液的颜色为橙色，说明Cr₂O₇^2-的浓度不变，达平衡状态，故C正确；
故选：AC；
（3）第②步中Cr₂O₇^2-与Fe²⁺反应生成Fe³⁺和Cr³⁺，其反应的离子方程式为：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O；根据电子得失守恒可知，还原1molCr₂O₇^2-离子得到Cr³⁺，得电子为2×（6-3）=6mol，需要FeSO₄•7H₂O的物质的量为6÷（3-2）=6mol，所以还原0.2mol Cr₂O₇^2-，需要1.2mol的FeSO₄•7H₂O，故答案为：1.2；
（4）根据分析③当Cr₂O₇^2-→2Cr³⁺变化时，溶液中产生了Cr³⁺的同时，又发生了Fe²⁺→Fe³⁺的过程 溶液中又产生了Fe³⁺，因此加入OH^-又有Fe（OH）₃生成；根据溶度积常数的计算，结合Cr（OH）₃（s）?Cr³⁺（aq）+3OH（aq），当溶液的pH值调至4时，c（OH^-）=1×10^-10，常温下，Cr（OH）₃的溶度积K _sp=10^-32，Ksp（Cr（OH）₃）=c³（OH）•c（Cr³⁺），c（Cr³⁺）=$\frac{Ksp[Cr（OH）_{3}]}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=$\frac{1{0}^{-32}}{1{0}^{-30}}$=10^-2mol/L＞10^-5 mol/L，
故答案为：Fe（OH）₃；当pH调至4时，c（OH^-）=10^-10 mol•L^-1，c（Cr³⁺）=$\frac{Ksp[Cr（OH）_{3}]}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=10^-2 mol•L^-1＞10^-5 mol•L^-1，因此Cr³⁺没有沉淀完全．

点评 本题综合考查了化学平衡原理、氧化还原反应、离子方程式的书写、沉淀溶解平衡和Ksp的有关计算等内容，侧重于反应原理的应用的考查，分析时要根据题给信息，结合相关原理进行解答，题目难度中等．