Question

【题目】铬是一种具有战略意义的金属，它具有多种价态，单质铬熔点为1857 ℃。

(1)工业上以铬铁矿［主要成分是Fe(CrO2)2］为原料冶炼铬的流程如图所示：

①Fe(CrO2)2中各元素化合价均为整数，则铬为_______价。

②高温氧化时反应的化学方程式为______________。

(2)Cr(OH)3是两性氢氧化物，请写出其分别与NaOH、稀硫酸反应时生成的两种盐的化学式______________。

(3)铬元素能形成含氧酸及含氧酸盐，若测得初始浓度为1 mol/L的铬酸(H2CrO4)溶液中各种含铬元素的微粒浓度为：c(CrO42-)=0.0005 mol/L、c(HCrO4-)=0.1035 mol/L、c(Cr2O72-)=a mol/L、则a =____，KHCrO4溶液中c(OH)_____c(H+)（填“>”、“<”或“=”），原因是__________________。

(4)水中的铬元素对水质及环境均有严重的损害作用，必须进行无害化处理。处理含有Cr2O72-的污水方法通常为：用铁作电极电解污水，Cr2O72-被阳极区生成的离子还原成为Cr3+，生成的Cr3+与阴极区生成的OH结合生成Cr(OH)3沉淀除去。则阴极上的电极反应式为_____，若要处理含10 mol Cr2O72-的污水，则至少需要消耗的铁为_______g。

Answer 1

【答案】+3 4Fe(CrO2)2+7O2+8Na2CO3=2Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2 NaCrO2、Cr2(SO4)3 0.448 < H2CrO4完全电离，因此HCrO4－只发生电离，溶液显酸性，即c(OH-)<c(H+) 2H2O+2e=2OH+H2↑(或2H++2e=H2↑) 3360

【解析】

(1)①根据化合物中正负化合价的代数和等于0，Fe为+2价，O为-2价，可知Cr化合价为+3价；

②高温Fe(CrO2)2与O2、Na2CO3发生反应产生Fe2O3、CO2、Na2CrO4，根据电子守恒、原子守恒可得反应的化学方程式为4Fe(CrO2)2+7O2+8Na2CO3=2Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2；

(2) Cr(OH)3是两性氢氧化物，其与NaOH溶液反应产生NaCrO2和水；与稀硫酸反应生成Cr2(SO4)3和水，反应的化学方程式是Cr(OH)3+NaOH= NaCrO2+2H2O、2Cr(OH)3+3H2SO4=Cr2(SO4)3+6H2O；故生成的两种盐的化学式分别为NaCrO2、Cr2(SO4)3；(3)根据Cr元素守恒可知：0.0005×1+0.1035×1+2a=1，解得a=0.448(mol/L)；

在H2CrO4溶液中H2CrO4完全电离，产生的HCrO4－只发生部分电离，产生的CrO42-离子浓度远小于HCrO4－的浓度，所以溶液显酸性，则c(OH-)<c(H+)；

(4)在阴极上发生还原反应，由于阳离子氧化性：H+>Na+，所以阴极的电极反应式为2H++2e=H2↑，也可以写为2H2O+2e=2OH+H2↑；

铁作阳极，被氧化生成Fe2+，电极反应式为Fe-2e-=Fe2+。反应产生的Fe2+被Cr2O72-氧化为Fe3+，Cr2O72-被还原为Cr3+，根据电子守恒得关系式：6Fe～12e-～6Fe2+～Cr2O72-，当有1molCr2O72-反应时，有6molFe在电极上被氧化，则10molCr2O72-反应消耗60molFe，故消耗Fe的质量为60mol×56g/mol=3360g。