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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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%.

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