Question

14．铬及其化合物在工业、生产、生活中的应用广泛，但化工废料铬渣对人体健康有很大危害．
I．交警常用“司机饮酒检测仪”检查司机是否酒后驾车，其原理是硫酸酸化的含CrO₃的硅胶和乙醇反应生成硫酸铬[Cr₂（SO₄）₃]和乙醛（CH₃CHO）等．
（1）在该反应中CrO₃是氧化剂（填“氧化剂”或“还原剂”）．
（2）请写出检测时反应的化学方程式：3C₂H₅OH+2CrO₃+3H₂SO₄═3CH₃CHO+Cr₂（SO₄）₃+6H₂O．
II．从化工厂铬渣（含有Na₂SO₄及少量Cr₂O₇^2-、Fe³⁺）中提取硫酸钠的工艺如图1：

已知：Fe³⁺、Cr³⁺完全沉淀（c≤1.0×10^-5 mol•L^-1）时pH分别为3.6和5．
（3）“微热”除能加快反应速率外，同时还可以促进Fe³⁺水解生成Fe（OH）₃而除去，Fe（OH）₃．
（4）根据图2所示溶解度（S）∽温度（T）曲线，操作B的最佳方法为A（填字母序号）
A．蒸发结晶，趁热过滤
B．蒸发浓缩，降温结晶，过滤
（5）酸化后Cr₂O₇^2-可被SO₃^2-还原成Cr³⁺，离子方程式为3SO₃^2-+Cr₂O₇^2-+8H⁺=2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂O；常温下，Cr（OH）₃的溶度积常数Ksp[Cr（OH）₃]=1.0×10^-32mol⁴•L^-4 mol⁴．L^-4．
（6）Cr（OH）₃在溶液中存在以下平衡：
H⁺+CrO₂^-（亮绿色）+H₂O?Cr（OH）₃（s）?Cr³⁺（紫色）+3OH^-．
在上述生产过程中加入NaOH溶液时要控制溶液的pH为5，pH不能过高的理由是：加入NaOH使上述平衡逆移，使Cr（OH）₃+OH^-=CrO₂^-+2H₂O．

Answer 1

分析 I．（1）该反应中Cr元素化合价由+6价变为+3价，得电子化合价降低的反应物是氧化剂；
（2）反应中Cr元素化合价由+6价变为+3价，C₂H₅OH中C元素化合价由-2价变为-1价，得电子的化合价降低的反应物是氧化剂、失电子化合价升高的反应物是还原剂，其转移电子总数为6，根据转移电子相等、原子守恒书写方程式；
II．（3）因为水解反应吸热，故“微热”可以促进Fe³⁺水解生成Fe（OH）₃而除去；
（4）趁热过滤的目的是有利于硫酸钠结晶析出，可以防止Na₂Cr₂O₇•2H₂O结晶析出；
（5）酸化后Cr₂O₇^2-可被SO₃^2-还原成Cr³⁺，SO₃^2-变为SO₄^2-，离子方程式为3SO₃^2-+Cr₂O₇^2-+8H⁺=2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂O；酸C为H₂SO₄是为保证最后得到纯净的硫酸钠；根据Cr³⁺完全沉淀（c≤1.0×10^-5 mol•L^-1）时pH为5，得c（H⁺）═10^-5 mol/L，c（OH^-）=10^-9 mol•L^-1，然后将数据代入溶度积常数K_sp[Cr（OH）₃]=（Cr³⁺）•c³（OH^-）计算；
（6）如果氢氧化钠过量，氢离子浓度减少平衡H⁺+CrO₂^-（亮绿色）+H₂O?Cr（OH）₃（s）?Cr³⁺（紫色）+3OH^-，平衡逆向移动，Cr（OH）₃会溶解．

解答 解：I．（1）该反应中Cr元素化合价由+6价变为+3价，得电子化合价降低的反应物是氧化剂，故答案为：氧化剂；
（2）该反应中Cr元素化合价由+6价变为+3价，C₂H₅OH中C元素化合价由-2价变为-1价，转移电子总数为6，根据转移电子相等知，CrO₃的计量数是2，C₂H₅OH的计量数是3，再结合原子守恒配平方程式为2CrO₃+3C₂H₅OH+3H₂SO₄=Cr₂（SO₄）₃+3CH₃CHO+6H₂O，
故答案为：3C₂H₅OH+2CrO₃+3H₂SO₄═3CH₃CHO+Cr₂（SO₄）₃+6H₂O；
II．（3）因为水解反应吸热，故“微热”除能加快反应速率外，同时还可以促进Fe³⁺水解生成Fe（OH）₃而除去，滤渣A为Fe（OH）₃，故答案为：促进Fe³⁺水解生成Fe（OH）₃而除去，Fe（OH）₃；
（4）根据如图2溶解度（S）～温度（T）曲线，操作B的最佳方法为 先将混合溶液蒸发浓缩，趁热过滤，趁热过滤的目的是有利于硫酸钠结晶析出，可以防止Na₂Cr₂O₇•2H₂O结晶析出，故答案为：A；
（5）酸化后Cr₂O₇^2-可被SO₃^2-还原成Cr³⁺，SO₃^2-变为SO₄^2-，离子方程式为3SO₃^2-+Cr₂O₇^2-+8H⁺=2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂O；为保证最后得到纯净的硫酸钠，酸C为H₂SO₄，根据Cr³⁺完全沉淀（c≤1.0×10^-5 mol•L^-1）时pH为5，则c（H⁺）=10^-5 mol/L，c（OH^-）=10^-9 mol•L^-1，则Cr（OH）₃的溶度积常数K_sp[Cr（OH）₃]=（Cr³⁺）•c³（OH^-）=1.0×10^-32mol⁴•L^-4，故答案为：3SO₃^2-+Cr₂O₇^2-+8H⁺=2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂O；H₂SO₄；1.0×10^-32mol⁴•L^-4；
（6）如果氢氧化钠过量，氢离子浓度减少平衡H⁺+CrO₂^-（亮绿色）+H₂O?Cr（OH）₃（s）?Cr³⁺（紫色）+3OH^-，平衡逆向移动，Cr（OH）₃会溶解，故答案为：加入NaOH使上述平衡逆移，使Cr（OH）₃+OH^-=CrO₂^-+2H₂O．

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．