题目内容

14．铬是用途广泛的金属，但在生产过程中易产生有害的含铬工业废水．
I、还原沉淀法是处理含Cr2O42- 和CrO72-工业废水的一种常用方法，其工艺流程如下：

其中第①步存在平衡：2CrO42-（黄色）+2H+?Cr2O72- （橙色）+H2O
（1）若平衡体系中，pH=0时溶液显橙色．
（2）以石墨为电极，电解Na2CrO4制备Na2Cr2O7的装置如图1所示．

a极的名称是负极；b极直接相连一极的反应式为2H2O-4e-=4H++O2↑．
（3）第②步反应的离子方程式：Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O．
第②步反应后的溶液加入一定量烧碱，若溶液中c（Fe3+）=2.0×10-12mol•L-1，则溶液中c（Cr3+）=3×10-5mol•L-1．（已知Ksp[Fe（OH）3]=4.0×10-38 mol•L-1，Ksp[Cr（OH）3]=6.0×10-31 mol•L-1）．
II、探究CrO3的强氧化性和热稳定性
（4）CrO3遇有机物（如酒精）时猛烈反应以至着火．若该过程中乙醇被氧化成乙酸，CrO3被还原成绿色的Cr2（SO4）3．补充并配平下列反应式：
aCrO3+bC2H5OH+cH2SO4=dCr2（SO4）3+eCH3COOH+fR
b：c：f=1：2：3．
（5）CrO3的热稳定性差，加热时逐步分解，其固定残留率随温度的变化如图2所示．B点时生成固体的化学式为Cr2O3．（固体残留率=$\frac{剩余固体的质量}{原始固体的质量}$×100%）

分析 （1）根据氢离子对2CrO42-（黄色）+2H+═Cr2O72- （橙色）+H2O平衡移动的影响判断；
（2）根据2CrO42-+2H+?Cr2O72-+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H+提高溶液的酸性，说明在该电极是阳极，连接电源的正极，即b为正极，阳极上氢氧根离子失电子；
（3）亚铁离子与Cr2O72-发生氧化还原反应，由c（Fe3+）和Ksp[Fe（OH）3]计算c（OH-），结合Ksp[Cr（OH）3]计算c（Cr3+）；
（4）根据化合价升降总数相等以及原子守恒来解答；
（5）根据质量守恒定律，在变化过程中，Cr的质量没有变，求出氧原子和铬原子的个数比即可．

解答 解：（1）若平衡体系的pH=0，溶液酸性较强，平衡2CrO42-（黄色）+2H+═Cr2O72- （橙色）+H2O正向移动，溶液呈橙色；
故答案为：橙；
（2）根据2CrO42-+2H+?Cr2O72-+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H+提高溶液的酸性，说明在该电极是阳极，连接电源的正极，即b为正极，则a为负极，阳极上氢氧根离子失电子，则阳极电极反应式为4OH--4e-=O2↑+2H2O；
故答案为：负极；4OH--4e-=O2↑+2H2O；
（3）亚铁离子与Cr2O72-发生氧化还原反应，反应的离子方程式为6Fe2++Cr2O72-+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O；
向Ⅱ反应后的溶液加一定量NaOH，若溶液中c（Fe3+）=2.0×10-12mol•L-1，则c（OH-）=$\root{3}{\frac{4.0×1{0}^{-38}}{2.0×1{0}^{-12}}}$mol/L，则c（Cr3+）=$\frac{6.0×1{0}^{-31}}{2.0×1{0}^{-26}}$=3×10-5，
故答案为：6Fe2++Cr2O72-+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O；3×10-5；
（4）CrO3具有强氧化性，遇到有机物（如酒精）时，乙醇被氧化成乙酸，碳的平均化合价从-2价升高到0，1个乙醇化合价变化4，CrO3被还原成绿色的硫酸铬[Cr2（SO4）3]，铬的化合价从+6价降低到+3价，1个CrO3化合价变化3，两者的最小公倍数是12，再根据原子守恒得4CrO3+3C2H5OH+6H2SO4=2Cr2（SO4）3+3CH3COOH+9H2O，则b：c：f=1：2：3；
故答案为：1：2：3；
（5）设固体质量为100g，B点时固体的质量为：100g×76%=76g，Cr的质量没有变，所以生成物中Cr的质量为52g，氧元素的质量为16，两者的个数比为$\frac{52}{52}$：$\frac{24}{16}$=2：3，所以B点时剩余固体的成分是Cr2O3，所以加热到 750K 时成分是Cr2O3，
故答案为：Cr2O3．

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．

练习册系列答案
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4．某实验组为研究“不同条件”对化学平衡的影响情况，进行了如下实验：一定条件下，向一个密闭容器中加入0.30molX、0.10molY和一定量的Z三种气体，甲图表示发生反应后各物质浓度（c）随时间（t）的变化〔其中t0～t1阶段c（Z）未画出〕．乙图表示化学反应速率（v）随时间（t）的变化，四个阶段都只改变一种条件（催化剂、温度、浓度、压强，每次改变条件均不同），已知t3～t4阶段为使用催化剂．

回答下列问题：
（1）若t1=5min，则t0～t1阶段以X浓度变化表示的反应速率为v（X）=0.018mol•L-1•min-1．
（2）在t2～t3阶段Y的物质的量减小，则此阶段开始时v正＜v逆（填“＞”、“=”或“＜”）．
（3）t4～t5阶段改变的条件为减小压强，此阶段的平衡常数K=2.8．
（4）t5～t6阶段容器内Z的物质的量共增加0.10mol，在反应中热量变化总量为a kJ，写出该反应的热化学方程式3X（g）?2Y（g）+Z（g）△H=-10akJ/mol．
在乙图Ⅰ～Ⅴ处平衡中，平衡常数最大的是Ⅴ．
（5）若起始实验条件不变，重新向该容器中加入0.60mol X、0.20mol Y和0.080mol Z，反应至平衡状态后X的转化率=60%．
5．在实验室中，可利用碳酸氢钠、氯化钠、氯化铵等物质溶解度的差异，通过饱和食盐水、氨和二氧化碳反应，获得碳酸氢钠晶体，反应原理可用如下化学方程式表示：NH3+CO2+NaCl+H2O═NH4Cl+NaHCO3↓，依据此原理，欲制得碳酸钠晶体，某校学生设计了如图实验装置，其中B装置中的试管内是溶有氨和氯化钠的溶液，且二者均已达到饱和：
（1）A装置中所发生反应的离子方程式为：CaCO3+2H+=Ca2++CO2↑+H2O．
C装置中稀硫酸的作用为：吸收从B装置中的试管内逸出的氨气，减少对环境的污染．
（2）表中所列出的是相关物质在不同温度下的溶解度数据（g/100g水）
0℃10℃20℃30℃40℃50℃
NaCl35.735.836.036.336.637.0
NaHCO36.98.19.611.112.714.5
NH4Cl29.433.337.241.445.850.4
参照表中数据，请分析B装置中使用冰水是因为温度越低碳酸氢钠溶解度越小，便于析出．
（3）该校学生在检查完此套装置气密性后进行实验，结果没有得到碳酸氢钠晶体，指导教师指出应在A与B装置之间（填写字母）连接一个盛有饱和NaHCO3溶液 的洗气装置，其作用是除去CO2中混有的HCl气体．
（4）利用改进后的装置进行实验，在B中的试管内析出了晶体，经必要的操作后得到了一种纯净的晶体．请通过简单实验判断该晶体是碳酸氢钠晶体晶体而不是碳酸氢铵晶体，简述操作方法、实验现象及结论：取少量晶体置于试管中，在酒精灯上加热使其充分反应后，还有白色固体剩余，则晶体不是NH4HCO3．
（5）若该校学生进行实验时，所用饱和食盐水中含NaCl的质量为5.85g，实验后得到干燥的NaHCO3晶体的质量为5.88g，则NaHCO3的产率为70%．
2．实验室制乙烯，常因温度过高生成少量SO2，有人设计了如图所示实验，以验证上述混合气体中是否含有乙烯和SO2．

（1）在烧瓶中除了加入乙醇、浓硫酸外，还应放入几块碎瓷片，其目的是：防止暴沸．
（2）写出生成乙烯的反应方程式：C2H5OH$→_{170℃}^{浓硫酸}$CH2=CH2↑+H2O．
（3）Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、装置中盛放的试剂是（从下列所给试剂中选出，填序号）
①品红溶液，②NaOH溶液，③酸性KMnO4溶液．
则正确的排列顺序为：①②①③
（4）能说明SO2气体存在的现象是Ⅱ中品红溶液褪色．
（5）确证含有乙烯的现象是Ⅳ中品红溶液不褪色，Ⅴ中酸性KMnO4溶液褪色．
9．某工厂用CaSO4、NH3、CO2制备（NH4）2SO4，其工艺流程如下．回答下列问题：

（1）硫酸铵在农业生产中的用途是（一种即可）用作肥料，写出利用该流程制备（NH4）2SO4的总化学方程：CaSO4+2NH3+CO2+H2O=CaCO3↓+（NH4）2SO4．
（2）a和b分别是B（填序号）．
A．足量CO2、适量NH3 B．足量NH3、适量CO2
C．适量CO2、足量NH3 D．适量NH3、足量CO2
（3）上述流程中，可以循环使用的物质有CO2、NH3（写化学式）．
（4）从滤液中获得（NH4）2SO4晶体，必要的操作步骤是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤．
（5）上述流程中，有关NH3作用的说法正确的是ABD．
A．提供制备所需的氮元素   B．增大CO32-的浓度促进反应发生
C．作反应的催化剂　　　   D．生产1mol （NH4）2SO4，至少消耗2mol NH3．
19．磺酰氯（SO2Cl2）是一种重要的有机合成试剂，实验室可利用SO2与Cl2反应制取少量的SO2Cl2，装置如图（有些夹持装置省略）所示．已知SO2Cl2的熔点为-54.1℃，沸点为69.1℃，遇水能发生剧烈的水解反应，并产生白雾．
（1）仪器B的名称是球形冷凝管，由它的使用可知SO2与Cl2反应的△H＜0（填“＞”或“＜”），仪器C的作用是吸收逸出都有毒的Cl2、SO2，防止空气中的水蒸气进入C，防止污染环境及磺酰氯水解．
（2）仪器组装完毕后，检验甲装置气密性的操作是塞好恒压漏斗上方的塞子，将蒸馏烧瓶的导气管进入水中，酒精灯微热，导管口有气泡产生，停止加热，导管口有一段液柱产生，则装置的气密性良好，表明装置气密性良好．
（3）试剂X、Y的组合最好是c．
a.18.4mol/L H2SO4+Cu   b.4mol/L HNO3+Na2SO3  c.60% H2SO4+K2SO3
（4）戊是贮气装置，则E中的试剂是饱和食盐水；若缺少装置乙和丁，潮湿的氯气和二氧化硫之间发生反应的化学方程式是SO2+Cl2+2H2O=H2SO4+2HCl．
（5）反应结束后，将丙中混合物分离开的实验操作是蒸馏．若反应中消耗的氯气的体积为896mL（已转化为标准状况，SO2足量），最后得到纯净的磺酰氯3.3g，则磺酰氯的产率为61.1%（保留三位有效数字）．
6．某校化学实验兴趣小组在“探究卤素单质的氧化性”的系列实验中发现：在足量的稀氯化亚铁溶液中，加入1～2滴溴水，振荡后溶液呈黄色．
（1）提出问题：Fe3+、Br2哪个氧化性更强？
（2）猜想：①甲同学认为氧化性：Fe3+＞Br2，故上述实验现象不是发生氧化还原反应所致，则溶液呈黄色是含Br2（填化学式，下同）所致．
②乙同学认为氧化性：Br2＞Fe3+，故上述现象是发生氧化还原反应所致，则溶液呈黄色是含Fe3+所致．
（3）设计实验并验证丙同学为验证乙同学的观点，选用下列某些试剂设计出两种方案进行实验，并通过观察实验现象，证明了乙同学的观点是正确的．
供选用的试剂：a、酚酞试液  b、CCl4   c、无水酒精   d、KSCN溶液．
请你在表中写出丙同学选用的试剂及实验中观察到得现象．
选用试剂（填序号）实验现象
方案1
方案2
（4）结论
氧化性：Br2＞Fe3+．故在足量的稀氯化亚铁溶液中，加入1～2滴溴水，溶液呈黄色所发生的离子反应方程式为2Fe2++Br2=2Fe3++2Br-．
（5）实验后的思考
①根据上述实验推测，若在溴化亚铁溶液中通入氯气，首先被氧化的离子是Fe2+．
②在100mLFeBr2溶液中通入2.24LCl2（标准状况），溶液中有$\frac{1}{2}$的Br-被氧化成单质Br2，则原FeBr2溶液的物质的量浓度为1mol/L．
3．为了除去粗盐中的Ca2+、Mg2+、SO42-及泥沙，可将粗盐溶于水，然后进行下列五项操作．其中正确的是①过滤 ②加过量的NaOH溶液 ③加适量盐酸 ④加过量Na2CO3溶液 ⑤加过BaCl2溶液（　　）
A．①④②⑤③B．④①②⑤③C．②⑤④①③D．②④①③⑤
4．有一包从海水获得的粗盐，已经经过初步的提纯．课外活动小组对它的成分进行探究，并将粗盐进一步提纯．
探究一：这包粗盐中还有什么杂质？估计还含有氯化钙和氯化镁．
（1）现用实验验证推测：取样并溶解，加入几滴氢氧化钠溶液，目的是检验有没有MgCl2（填写化学式），接着再加数滴碳酸钠溶液，目的是检验有没有CaCl2（填写化学式）．实验证明含有的杂质是氯化钙．
探究二：这包粗盐中氯化钠的质量分数是多少？接下面步骤继续实验：
①称取一定质量样品；
②将样品加水溶解；
③向粗盐溶液加入过量的某种试剂，过滤；
④沉淀洗涤后小心烘干，得到纯净固体A；
⑤滤液在进行某一操作后，移入蒸发皿蒸发，得到纯净固体B；
⑥称量实验中得到的某种固体．
（2）在②③⑤的步骤中，都使用到的同一仪器是玻璃棒，它在步骤②和⑤的操作方法相同，但目的不同，在步骤②的目的是加速溶解，步骤⑤的目的是使液体受热均匀，防止液体飞溅．
（3）在步骤③中加入的试剂是碳酸钠溶液（填写名称）相关的化学方程式Na2CO3+CaCl2=CaCO3↓+2NaCl步骤⑤进行的“某一操作”是加过量的稀盐酸
（4）步骤⑥中，你认为需要称量的固体是A还是BA，你不选择另一种的理由除杂过程中新生成的氯化钠在B中．

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