题目内容

工业废水中常含有一定量的Cr2O72-和CrO42-,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CrO42-Cr2O72-Cr3Cr(OH)3
其中第①步存在平衡:2CrO42- (黄色)+2HCr2O72- (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.Cr2O72-和CrO42-的浓度相同 
b.2v(Cr2O72-)=v(CrO42-
c.溶液的颜色不变
(3)第②步中,还原1 mol Cr2O72-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) Cr3(aq)+3OH(aq),常温下,Cr(OH)3的溶度积Ksp=c(Cr3)·c3(OH)=10-32,要使c(Cr3)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Cr2O72-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__________。

(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=Fe2,提供还原剂Fe2+ 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(Cr2O72-)×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) Cr2O72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Cr2O72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。

练习册系列答案
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铅及其化合物工业生产及日常生活具有非常广泛的用途。
(1)瓦纽科夫法熔炼铅,其相关反应的热化学方程式如下:
2PbS(s)+3O2(g)=2PbO(s)+2SO2(g) ΔH=" a" kJ/mol
PbS(s)+2PbO(s)=3Pb(s)+SO2(g)  ΔH=" b" kJ·mol-1
PbS(s)+PbSO4(s)=2Pb(s)+2SO2(g) ΔH=" c" kJ·mol-1
反应3PbS(s) + 6O2(g) = 3PbSO4(s) ΔH="kJ" ·mol-1(用含a,b ,c的代数式表示)。
(2)还原法炼铅,包含反应PbO(s)+CO(g) Pb(s) + CO2(g) ΔH,该反应的平衡常数的对数值与温度的关系如下表

温度
300
727
1227
lgK
6.17
2.87
1.24
 
①该还原反应的△H0(选填:“>”“<”“=”)。
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(4)PbI2:可用于人工降雨。取一定量的PbI2固体,用蒸馏水配制成t℃饱和溶液,准确移取25.00mLPbI2饱和溶液分次加入阳离子交换树脂RH+(发生:2RH++PbI2=R2Pb+2H++2I-),用250ml洁净的锥形瓶接收流出液,最后用蒸馏水淋洗树脂至流出液呈中性,将洗涤液一并盛放到锥形瓶中(如图)。加入酚酞指示剂,用0.0025mol·L-1NaOH溶液滴定,当达到滴定终点时,用去氢氧化钠溶液20.00mL。可计算出t℃时PbI2 Ksp为               

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(Ⅱ)(1) 常温下,某同学将稀盐酸与氨水等体积混合,两种溶液的浓度和混合后所得溶液的pH如下表:

实验编号
氨水物质的量浓度
(mol·L-1)
盐酸物质的量浓度
(mol·L-1)
混合溶液
pH

0.1
0.1
pH=5

C
0.2
pH=7

0.2
0.1
pH>7
 
请回答:从第①组情况分析,该组所得混合溶液中由水电离出的c(H+)=   mol·L-1;从第②组情况表明,C          0.2 mol·L-1(选填“>”、“<”或“=”);从第③组情况分析可知,混合溶液中c(NH4+)
       c(NH3·H2O)(选填“>”、“<”或“=”)。
(2)写出以下四组溶液NH4+离子浓度由大到小的顺序  >   >    > (填选项编号)。
A.0.1mol·L-1NH4Cl
B.0.1mol·L-1NH4Cl和0.1mol·L-1NH3·H2O
C.0.1mol·L-1NH3·H2O
D.0.1mol·L-1NH4Cl和0.1mol·L-1HCl

(14分)研究CO2与CH4的反应使之转化为CO和H2,对减缓燃料危机,减少温室效应具有重要的意义。
(1)已知:①2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H=-566 kJ·mol-1
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               ③CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H=-802kJ·mol-1
则CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) △H=  kJ·mol-1
(2)在密闭容器中通入物质的量浓度均为0.1mol·L-1的CH4与CO2,在一定条件下发生反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g),测得CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如下图所示。

?据图可知,P1、P2、 P3、P4由大到小的顺序  
?在压强为P4、1100℃的条件下,该反应5min时达到平衡点X,则用CO表示该反应的速率为       。该温度下,反应的平衡常数为       。 
(3)CO和H2在工业上还可以通过反应C(s)+H2O(g) CO(g)+H2 (g)来制取。
①在恒温恒容下,如果从反应物出发建立平衡,可认定平衡已达到的是       

A.体系压强不再变化 B.H2与CO的物质的量之比为1 :1
C.混合气体的密度保持不变 D.气体平均相对分子质量为15,且保持不变
② 在某密闭容器中同时投入四种物质,2min时达到平衡,测得容器中有1mol H2O(g)、1mol CO(g)、
2.2molH2(g)和一定量的C(s),如果此时对体系加压,平衡向    (填“正”或“逆”)反应方向移动,第5min时达到新的平衡,请在下图中画出2~5min内容器中气体平均相对分子质量的变化曲线。

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