Question

4．为减少铬渣的危害并从中提取硫酸钠，设计工艺如图1：

已知：①铬渣含有Na₂SO₄及少量Cr₂O₇^2-、Fe³⁺②Fe³⁺、Cr³⁺完全沉淀（c≤1.0×10^-5mol•L^-1）时pH分别为3.6和5．
（1）“微热“除能加快反应速率外，还可以促进Fe³⁺水解生成Fe（OH）₃而除去．
（2）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；酸C为H₂SO₄，Cr（OH）₃的溶度积常数K_sp[Cr（OH）₃]=1.0×10^-32mol⁴•L^-4．
（3）根据2CrO₄^-+2H⁺═Cr₂O₇^2-+H₂O设计图示装置如图2（均为惰性电极） 电解Na₂CrO₄的溶液制取Na₂Cr₂O₇^2-，图中右侧电极连接电源的正极．当电路中通过0.2mol电子时，该装置中产生的气体在标准状况下的体积为3.36L．若选择用熔融K₂CO₃作介质的甲醇（CH₃OH）燃料电池充当电源，则负极反应式为CH₃OH-6e^-+3CO₃^2-=4CO₂+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）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；
（2）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；
（3）根据2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O设计图示装置（均为惰性电极）电解Na₂CrO₄溶液制取Na₂Cr₂O₇，需要通过电解生成4H⁺提高溶液的酸性，说明在该电极是阳极，连接电源的正极；电极反应式：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，阴极电极反应式：2H⁺+2e^-=H₂↑，根据电子守恒计算气体的体积；用熔融K₂CO₃作介质的甲醇（CH₃OH）燃料电池充当电源，甲醇在负极放电，生成CO₂和H₂O．

解答 解：（1）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，
故答案为：促进Fe³⁺水解生成Fe（OH）₃而除去；
（2）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；
（3）根据2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O设计图示装置（均为惰性电极）电解Na₂CrO₄溶液制取Na₂Cr₂O₇，需要通过电解生成4H⁺提高溶液的酸性，说明在该电极是阳极，连接电源的正极；电极反应式：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，阴极电极反应式：2H⁺+2e^-=H₂↑，
                            0.2mol  0.05mol               0.2mol  0.1mol，
该装置中产生的气体0.05mol+0.1mol=0.15mol，在标准状况下的体积为0.15mol×22.4L/mol=3.36L；
用熔融K₂CO₃作介质的甲醇（CH₃OH）燃料电池充当电源，甲醇在负极放电，反应式为CH₃OH-6e^-+3CO₃^2-=4CO₂+2H₂O；
故答案为：正；3.36；CH₃OH-6e^-+3CO₃^2-=4CO₂+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．