Question

13．工业废水中常含有一定量的Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-，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：CrO₄^2-$→_{①转化}^{H+}$Cr₂O₇^2-$→_{②还原}^{Fe_{2}+}$Cr³⁺$→_{③沉淀}^{OH-}$Cr（OH）₃
其中第①步存在平衡：2CrO₄^2- （黄色）+2H⁺（g）?Cr₂O₇^2- （橙色）+2H₂O
（1）若该平衡处于强酸性环境中，则溶液显橙色．
（2）能说明第①步达平衡状态的是cd．
a．Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-的浓度相同                   b.2υ（Cr₂O₇^2-）=υ（CrO₄^2-）
c．溶液的颜色不变                             d．溶液的pH保持不变
（3）写出第②步反应的离子方程式Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O．
方法2：电解法
实验室用如图模拟含Cr₂O₇^2-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．
（4）阳极的电极材料为Fe，其作用是阳极反应为Fe-2e^-=Fe²⁺，提供还原剂Fe²⁺．
（5）溶液中同时生成的沉淀还有Fe（OH）₃，用电解法处理该溶液中0.01molCr₂O₇^2-时，至少得到沉淀的质量是8.48g．

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）Cr₂O₇^2-具有强氧化性把Fe²⁺氧化为Fe³⁺；
（4）阳极是活性电极时，阳极本身失电子，生成阳离子；
（5）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；根据Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，Cr³⁺+3OH^-═Cr（OH）₃↓、Fe³⁺+3OH^-═Fe（OH）₃↓进行计算．

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，故答案为：橙；
（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，故正确；
d．溶液的pH保持不变，即氢离子浓度不变，所以达到了化学平衡状态，故d正确；
故答案为：cd；
（3）Cr₂O₇^2-具有强氧化性把Fe²⁺氧化为Fe³⁺，其反应的离子方程式为：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；
故答案为：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；
（4）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⁺；
（5）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；根据Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，Cr³⁺+3OH^-═Cr（OH）₃↓、Fe³⁺+3OH^-═Fe（OH）₃↓知0.01mol Cr₂O₇^2-，可生成0.02molCr（OH）₃，0.06molFe（OH）₃，至少得到沉淀的质量是0.02mol×103g/mol+0.06mol×107g/mol=8.48g，
故答案为：Fe（OH）₃；8.48g．

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，注意把握氧化还原反应原理以及电解时电极反应．