Question

18．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损害，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：
CrO${\;}_{4}^{2-}$$→_{①转化}^{H+}$Cr₂O${\;}_{7}^{2-}$$→_{②}^{Fe_{3}+}$Cr³⁺$→_{③沉淀}^{OH-}$Cr（OH）₃↓
其中第①步存在平衡：2CrO${\;}_{4}^{2-}$（黄色）+2H+?CrO${\;}_{7}^{2-}$（橙色）+H₂O
（1）若平衡体系的pH=2，该溶液显橙色．
（2）能说明第①步反应达平衡状态的是ac（填字母）．
a．2v_正（Cr₂O${\;}_{7}^{2-}$）═v_逆（CrO${\;}_{4}^{2-}$）
b．Cr₂O${\;}_{7}^{2-}$和CrO${\;}_{4}^{2-}$的浓度相同
c．溶液的颜色不变
（3）完成第②步中氧化还原反应的离子方程式：（　　）Cr₂O${\;}_{7}^{2-}$+（　　）Fe²⁺+（　　）H⁺═（　　）Cr³⁺+（　　）Fe³⁺+（　　）H₂O
（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K₃₀=c（Cr³⁺）•c³（OH^-）=1×10 ^-32，要使Cr³⁺沉淀完全（Cr³⁺浓度等于或小于1×10^-5mol．L^-l时，Cr³⁺已沉淀完全），溶液的pH至少应调至5
方法2：电解法
该法用Fe做电极电解含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．
（5）用Fe做电极的原因为阳极反应为Fe-2e^-=Fe²⁺，提供还原剂Fe²⁺．
（6）在阴极附近溶液pH升高的原因是（用电极反应解释）2H⁺+2e^-=H₂↑．溶液中同时生成的沉淀还有Fe（OH）₃（填化学式）．

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）第②步中的氧化还原反应为亚铁离子被重铬酸钾氧化生成铬离子和亚铁离子，根据电荷守恒和元素守恒书写离子方程式；
（4）根据Ksp=c（Cr³⁺）•c³（OH^-）来计算氢氧根离子离子的浓度，并计算氢离子浓度和pH的大小；
（5）阳极是活性电极时，阳极本身失电子，生成阳离子；
（6）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．

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．当2v_正（Cr₂O${\;}_{7}^{2-}$）═v_逆（CrO${\;}_{4}^{2-}$）时，说明正逆反应速率相等，故反应处于平衡状态，故a正确；
b．Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-的浓度相同，不一定平衡，故b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c正确；
故答案为：ac；
（3）第②步中的氧化还原反应为亚铁离子被重铬酸钾氧化生成铬离子和亚铁离子，反应的离子方程式为：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
故答案为：1、6、14H⁺、6、2、7H₂O；
（4）Cr（OH）₃的溶度积Ksp=c（Cr³⁺）•c³（OH^-）=10^-32，要使c（Cr³⁺）降至10^-5mol/L，则需c（OH^-）=$\root{3}{\frac{Ksp}{c（Cr{\;}^{3+}）}}$=$\root{3}{\frac{10{\;}^{-32}}{10{\;}^{-5}}}$=10^-9mol/L，所以c（H⁺）=10^-5mol/L，即pH=5，
故答案为：5；
（5）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⁺；
（6）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；
故答案为：2H⁺+2e^-=H₂↑；Fe（OH）₃．

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溶度积在计算中的应用．