16.(2011天津,14分)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的伤害,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

其中第①步存在
平衡:2CrO42-(黄色)+2H+
Cr2O72-(橙色)+H2O
(1)若平衡体系的pH=2,则溶液显
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1mol 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
。
解析:(1)pH=2说明溶液显酸性,平衡向正反应方向移动,Cr2O72-的浓度会增大,所以溶液显橙色;
(2)在一定条件下的可逆反应里,当正反应速率和逆反应速率相等,反应物的浓度与生成物的浓度不再改变时,该可逆反应就到达化学平衡状态,因此选项a不正确;在任何情况下Cr2O72-和CrO42-的反应速率之比总是满足1:2,因此选项b也不正确;溶液颜色不再改变,这说明Cr2O72-和CrO42-的浓度不再发生改变,因此可以说明反应已经达到化学平衡状态,c正确。
(3)Cr2O72-中Cr的化合价是+6价,所以1mol Cr2O72-被还原转移2×(6-3)=6mol电子;Fe2+被氧化生成Fe3+,转移1个电子,因此根据得失电子守恒可知需要FeSO4·7H2O的物质的量为6mol;
(4)由溶度积常数的表达式Ksp=c(Cr3+)·c3(OH-)=10-32可知,当c(Cr3+)=10-5mol/L时,c(OH-)=10-9mol/L,所以pH=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+,方程式为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,方程式为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。
答案:(1)橙
(2)c
(3)6
(4)5
(5)阳极反应为Fe-2e-=Fe2+,提供还原剂Fe2+
(6)2H++2e-=H2↑ Fe(OH)3
2010年高考化学试题