Question

6．工业废水中常含有一定量的Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-，它们对人类及生态系统产生很大损害，必须进行处理后方可排放．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：ClO${\;}_{4}^{2-}$$→_{①转化}^{H+}$Cl₂O${\;}_{3}^{2-}$$→_{②还原}^{Fe_{2}+}$Cl³⁺$→_{③沉淀}^{OH-}$Cl（OH）₃↓，其中第①步存在平衡：2CrO₄^2- （黄色）+2H⁺?Cr₂O₇^2- （橙色）+H₂O
（1）若第①步中平衡体系的pH=2，则该溶液显橙色；向该溶液中加入Ba（NO₃）₂溶液（已知BaCrO₄为黄色沉淀）则平衡向左移动（填“向左”或“向右”或“不变”），溶液颜色将变浅．
（2）能说明第①步反应达平衡状态的是C（选填编号）
A．Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-的浓度相同    
B．2v（Cr₂O₇^2-）=v（CrO₄^2-）
C．溶液的颜色不变
（3）若改变条件使平衡状态的第①步反应向正反应方向移动，则该反应AB（选填编号）
A．平衡常数K值可以不改变   
B．再达平衡前正反应速率一定大于逆反应速率
C．Cr₂O₇^2-的浓度一定增大      
D．平衡移动时正反应速率一定先增大后减小
（4）第②步中，还原1mol Cr₂O₇^2-离子，需要6mol的FeSO₄•7H₂O．
（5）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=10^-32，要使c（Cr³⁺）降至10^-5mol/L，溶液的pH应调至5．
方法2：电解法．该法用Fe做电极电解含Cr₂O₇^2-的酸性废水，随着电解的进行，在阴极附近溶液pH升高，产生Cr（OH）₃沉淀．
（6）①用Fe做电极的原因为阳极反应为Fe-2e^-=Fe²⁺，提供还原剂Fe²⁺．
②在阴极附近溶液pH升高的原因是（用电极反应解释）2H⁺+2e^-=H₂↑，溶液中同时生成的沉淀还有Fe（OH）₃．

Answer 1

分析 （1）根据外界条件对平衡的影响来确定平衡移动方向，从而确定离子浓度大小和溶液颜色变化；
（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）根据影响化学反应速率和化学平衡移动的因素来回答判断即可；
（4）在氧化还原反应中，化合价升高值=化合价降低值=转移电子数来计算；
（5）根据Ksp=c（Cr³⁺）•c³（OH^-）来计算氢氧根离子离子的浓度，并计算氢离子浓度和pH的大小；
（6）①阳极是活性电极时，阳极本身失电子，生成阳离子；
②溶液PH升高的原因是溶液中氢离子浓度减少，即氢离子在阴极得电子，PH升高，氢氧根离子浓度增大，离子浓度幂的乘积大于溶度积，所以金属阳离子会生成氢氧化物沉淀．

解答 解：（1）c（H⁺）增大，平衡2CrO₄^2-（黄色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O右移，溶液呈橙色，向该溶液中加入Ba（NO₃）₂溶液，沉淀CrO₄^2- 转化成BaCrO₄沉淀，所以平衡向左移动，溶液颜色变浅；
故答案为：橙；向左；变浅；
（2）对于平衡：2CrO₄^2-（黄色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O，
A．Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-的浓度相同，不一定平衡，故A错误；
B．2υ（Cr₂O₇^2-）=υ（CrO₄^2-）不能证明正逆速率相等，所以不是平衡状态，故B错误；
C．溶液的颜色不变，即有色离子浓度不会再不变，达到了化学平衡状态，故C正确；
故选C；
（3）对于平衡：2CrO₄^2-（黄色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O
A．若是浓度引起的平衡的移动，则平衡常数K值可以不改变，故A正确；
B．只要是化学平衡正向移动，则正反应速率一定大于逆反应速率，故B正确；
C．加水稀释，平衡正向移动，但是Cr₂O₇^2-的浓度一定减小，故C错误；
D．只要是化学平衡正向移动，正反应速率大于逆反应速率，但是可以增大还可以减小，故D错误．
故选AB．
（4）还原1mol Cr₂O₇^2-离子，铬元素化合价从+6价降低到+3价，一共得到电子6mol，亚铁离子被氧化为+3价，应该得到6mol电子，所以还原1mol Cr₂O₇^2-离子，
需要6mol的FeSO₄•7H₂O，故答案为：6；
（5）Cr（OH）₃的溶度积Ksp=c（Cr³⁺）•c³（OH^-）=10^-32，要使c（Cr³⁺）降至10^-5mol/L，则需c（OH^-）=$\root{3}{\frac{Ksp}{c（Cr{\;}^{3+}）}}$=$\root{3}{\frac{10{\;}^{-32}}{10{\;}^{-5}}}$=10^-9mol/L，所以c（H⁺）=10^-5mol/L，即pH=5，故答案为：5．
（6）①在电解法除铬中，铁作阳极，阳极反应为Fe-2e^-═Fe²⁺，以提供还原剂Fe²⁺，
故答案为：阳极反应为Fe-2e^-=Fe²⁺，提供还原剂Fe²⁺；
②在阴极附近溶液pH升高的原因是水电离产生的H⁺放电生成H₂：2H⁺+2e^-═H₂↑；同时大量产生了OH^-，所以溶液中的Fe³⁺也将转化为Fe（OH）₃沉淀；
故答案为：2H⁺+2e^-=H₂↑；Fe（OH）₃．

点评 本题主要考查了铬及其化合物的性质、氧化还原反应、沉淀溶解平衡和电化学知识等内容，难度中等，抓住题目信息是解题的关键．