题目内容

【题目】工业废水中常含有一定量Cr2O72-和CrO42-,它们会对人类及生态系统产生很大伤害。

已知:i. 2CrO42-(黄色)+ 2H+ Cr2O72-(橙色)+ H2O

ii. Cr(OH)3(s) + H2O [Cr(OH)4]- (亮绿色) + H+

(1) 含铬工业废水的一种处理流程如下:

① i. 若在转化一步中调节溶液的pH=2,则溶液显_______色。

ii. 能说明转化一步反应达平衡状态的是_______(填字母序号)。

a.Cr2O72-和CrO42-的浓度相同 b.ν正(Cr2O72-) = 2ν逆(CrO42-)

c.溶液的颜色不变 d.溶液的pH不变

② 步骤②还原一步的离子方程式是___________________________;若还原l mol Cr2O72-离子,需要FeSO4·7H2O的物质的量是_______mol。

③ 沉淀一步中,向含Cr3+(紫色)溶液中,逐渐滴加NaOH溶液。当pH=4.6时,开始出现灰绿色沉淀,随着pH的升高,沉淀量增多。当pH≥13时,沉淀逐渐消失,溶液变为亮绿色。

i. 请解释溶液逐渐变为亮绿色的原因:_______。

ii. 若向0.05mol·L-1的Cr2(SO4)3溶液50mL中,一次性加入等体积0.6 mol·L-1的NaOH溶液,充分反应后,溶液中可观察到的现象是__________。

④ 在K[Cr(OH)4]和K2Cr2O7混合溶液中加入足量H2SO4酸化,铬元素以_______形式存在(填离子符号)。

(2) 用Fe做电极电解含Cr2O72-的酸性工业废水,可以直接除去铬。随着电解进行,在阴极附近溶液pH升高,产生Cr(OH)3沉淀。

① 结合上述工业流程分析用Fe做电极的原因:_______。

② 结合电极反应式解释在阴极附近溶液pH升高的原因:_______。

③ 溶液中同时生成的沉淀可能还有_______(填化学式)。

【答案】 橙 cd 6 随着溶液pH增大,平衡 Cr(OH)3(s) + H2O [Cr(OH)4]- (亮绿色) + H+正向移动故溶液逐渐变为亮绿色 溶液由紫色最终变为亮绿色 Cr3+和Cr2O72- 铁在阳极反应发生反应Fe - 2e- == Fe2+,为还原Cr2O72-提供还原剂Fe2+ 阴极发生反应2H++2e- == H2↑ 导致c(H+)下降 Fe(OH)3

【解析】(1)①i.c(H+)增大,平衡2CrO42-(黄色)+2H+Cr2O72-(橙色)+H2O右移,溶液呈橙色;
ii. 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;a.Cr2O72-和CrO42-的浓度相同取决于起始浓度和转化,不能判断平衡,故A错误;b.2v(Cr2O72-)=v(CrO42-),不能判断正逆反应速率关系,不能判断平衡,故B错误;c.溶液的颜色不变,为特征定,能判断平衡,故C正确;故答案为:C;d.溶液的pH不变,为特征定,能判断平衡,故d正确;答案为cd;
②步骤②用Fe2+在酸性条件下还原Cr2O72-得到Cr3+的离子方程式为6Fe2++Cr2O72-+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O;根据电子得失守恒:n(Cr2O72-)×6=n(FeSO47H2O)×1,n(FeSO47H2O)= =6mol;

③i.向含Cr3+(紫色)溶液中,逐渐滴加NaOH溶液,氢离子浓度减小,溶液pH增大,平衡Cr(OH)3(s)+H2O[Cr(OH)4]-(亮绿色)+H+正向移动,故溶液逐渐变为亮绿色;

ii.若向0.05molL-1的Cr2(SO4)3溶液50mL中,一次性加入等体积0.6molL-1的NaOH溶液,氢氧根的浓度较大且过量,平衡向右移彻底,溶液由紫色最终变为亮绿色;

④在K[Cr(OH)4]和K2Cr2O7混合溶液中加入足量H2SO4酸化,i.2CrO42-(黄色)+2H+Cr2O72-(橙色)+H2O;ii.Cr(OH)3(s)+H2O[Cr(OH)4]-(亮绿色)+H+;氢离子浓度足够大,i向右移,ii向左移,氢氧化铬溶解,得到Cr3+,所以铬元素以Cr3+和Cr2O72-存在;
(2)①铁在阳极反应发生反应Fe-2e-═Fe2+,为还原Cr2O72-提供还原剂Fe2+,则应该用Fe作阳极;
②溶液中氢离子在阴极放电生成氢气,导致阴极附近氢离子浓度降低,溶液的pH升高,电极反应式为2H++2e-=H2 ↑;
③亚铁离子被氧化生成Fe3+,Fe3+和OH-反应生成Fe(OH)3沉淀。

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