Question

化学试剂的生产和电镀工业排放的废水中常含有20～100mg．L^-1Cr（Ⅵ），饮用含Cr（Ⅵ）的水会损害人的肠胃等，已知Cr（Ⅲ）的毒性是Cr（Ⅵ）的0.5%，国家规定工业废水含Cr（Ⅵ）的量排放标准为0.1mg．L^-1．工业上常用化学法和电解法处理含Cr（Ⅵ）废水，再将Cr（Ⅲ）转化成沉淀除去，某研究性学习小组为研究废水的净化，设计了如下实验1流程：
（1）配平第①步反应的离子方程式：______Cr₂O₇^2-+______Fe²⁺+______H⁺═______Cr³⁺+______Fe³⁺+____________
（2）设计一个电解装置也可以实现上述目的，装置如图2（用铁棒和石墨作电极）：
电极材料c为：______
d极电极反应为：______
（3）已知：25℃时Ag₂Cr₂O₇的K_sp=2×10^-7．则25℃时，将4×10^-2mol?L^-1的AgNO₃溶液与4×10^-4mol?L^-1的K₂Cr₂O₇溶液等体积混合______（填“能”或“不能”） 析出沉淀．

Answer 1

解：（1）反应中Cr₂O₇^2-→Cr³⁺，Cr元素化合价由+6价降低为+3价，共降低6价．Fe²⁺→Fe³⁺，Fe元素的化合价由+2价升高为+3价，共升高1价，化合价升降最小公倍数为6，故Cr₂O₇^2-的系数为1，Fe²⁺的系数为6，根据原子守恒Cr³⁺的系数为2，Fe³⁺的系数为6，由电荷守恒可知H⁺的系数为14，由H、O原子是之比为2：1，故缺项物质为H₂O，其系数为7，配平后方程式为：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
故答案为：1；6；14；2；6；7H₂O；
（2）由电流的流向可知，c为阳极、d为阴极，需要提供Fe²⁺离子，故Fe应做阳极，及c电极材料为铁棒．阴极氢离子放电产生氢氧根离子，氢氧根离子与Cr³⁺、Fe³⁺反应转化为沉淀，阴极电极反应式为：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，
故答案为：铁棒；2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-；
（3）将4×10^-2mol?L^-1的AgNO₃溶液与4×10^-4mol?L^-1的K₂Cr₂O₇溶液等体积混合后Ag⁺的浓度为2×10^-2mol?L^-1，Cr₂O₇^2-的浓度为2×10^-4mol?L^-1，二者浓度积为（2×10^-2）²×（2×10^-4）=8×10^-8，＜2×10^-7，故不能析出沉淀，
故答案为：不能．
分析：（1）反应中Cr₂O₇^2-→Cr³⁺，Cr元素化合价由+6价降低为+3价，共降低6价．Fe²⁺→Fe³⁺，Fe元素的化合价由+2价升高为+3价，共升高1价，化合价升降最小公倍数为6，故Cr₂O₇^2-的系数为1，Fe²⁺的系数为6，再结合原子守恒、电荷守恒确定缺项物质，配平其它物质系数；
（2）由电流的流向可知，c为阳极、d为阴极，需要提供Fe²⁺离子，故Fe应做阳极；阴极氢离子放电产生氢氧根离子，氢氧根离子与Cr³⁺、Fe³⁺反应转化为沉淀；
（3）计算混合后Ag⁺、Cr₂O₇^2-的浓度，计算浓度积，与溶度积相比进行判断．
点评：本题考查氧化还原反应配平、电解原理、对工艺流程的理解、溶度积的计算与应用，难度中等，（3）中注意利用混合的浓度进行计算．