Question

17．铬是用途广泛的金属元素．
（1）工业生产过程中易产生有害的含铬废水，含铬废水中存在下列平衡：Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O?2CrO₄^2-（黄色）+2H⁺．处理该废水常用还原沉淀法，其流程如图所示．
已知：K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，K_sp[Cr（OH）₃]=6.0×10^-31
含铬废水$→_{Ⅰ转化}^{H+}$含Cr₂O${\;}_{7}^{2-}$的沸水$→_{Ⅱ还原}^{Fe_{2}+}$含Cr³⁺的沸水$→_{Ⅲ}^{OH-控制pH}$Cr（OH）₃沉淀
①Cr₂O₇^2-中铬元素化合价为+6．
②第I步转化控制溶液的pH=2，该溶液显橙色．
③第Ⅲ步沉淀反应后，溶液中c（Fe³⁺）=2.0×10^-12 mol•L^-1，则c（Cr³⁺）=3.0×10^-5mol•L^-1．
（2）室温下，初始浓度为1.0mol•L^-1的Na₂CrO₄溶液中c（Cr₂O₇^2-）随c（H⁺）的变化如图所示．
①用离子方程式表示Na₂CrO₄溶液中的转化反应2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O．
②根据A点数据，计算该反应的平衡常数值为1.0×10¹⁴．由图可知，溶液酸性增强，CrO₄^2-平衡转化率增大（填“增大”“减小”或“不变”）．
③升高温度，溶液中CrO₄^2-的平衡转化率减小，则该反应的△H小于0（填“大于”“小于”或“等于”）．

Answer 1

分析 （1）①根据氧元素的化合价来确定Cr的化合价；
②根据氢离子对2CrO₄^2-（黄色）+2H⁺═Cr₂O₇^2- （橙色）+H₂O平衡移动的影响判断；
③由c（Fe³⁺）和Ksp[Fe（OH）₃]计算c（OH^-），结合Ksp[Cr（OH）₃]计算c（Cr³⁺）；
（2）①图象分析可知随氢离子浓度增大，铬酸根离子转化为重铬酸根离子；A点c（Cr₂O₇^2-）=0.25mol/L，c（H⁺）=10^-7mol/L，c（CrO₄^2-）=0.5mol/L，依据平衡常数概念计算，K=$\frac{c（C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2}{\;}^{-}）}{c{\;}^{2}（H{\;}^{+}）c{\;}^{2}（Cr{{O}_{4}}^{2}{\;}^{-}）}$；
②溶液酸性增大，平衡2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O正向进行，CrO₄^2-的平衡转化率增大；A点Cr₂O₇^2-的浓度为0.25mol/L，则消耗的CrO₄^2-的浓度为0.5mol/L，则溶液中的c（CrO₄^2-）=1.0mol/L-0.25mol/L×2=0.5mol/L，H⁺浓度为1×10^-7mol/L，计算反应的平衡常数；
③升高温度，溶液中CrO₄^2-的平衡转化率减小，平衡逆向移动，升高温度平衡向吸热方向移动，据此判断．

解答 解：（1）①Cr₂O₇^2-中O的化合价为-2价，由离子中元素化合价的代数和等于所带电荷数可得，Cr的化合价为+6，故答案为：+6；
  ②若平衡体系的pH=2，溶液酸性较强，平衡2CrO₄^2-（黄色）+2H⁺═Cr₂O₇^2- （橙色）+H₂O正向移动，溶液呈橙色；
故答案为：橙；
③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：3.0×10^-5；
（2）①随着H⁺浓度的增大，CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-的离子反应式为：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，
故答案为：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O；
②溶液酸性增大，平衡2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O正向进行，CrO₄^2-的平衡转化率增大；A点Cr₂O₇^2-的浓度为0.25mol/L，则消耗的CrO₄^2-的浓度为0.5mol/L，则溶液中的c（CrO₄^2-）=1.0mol/L-0.25mol/L×2=0.5mol/L，H⁺浓度为1×10^-7mol/L，此时该转化反应的平衡常数为 K=K=$\frac{c（C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2}{\;}^{-}）}{c{\;}^{2}（H{\;}^{+}）c{\;}^{2}（Cr{{O}_{4}}^{2}{\;}^{-}）}$=$\frac{0.25}{0．{5}^{2}×（1{0}^{-7}）{\;}^{2}}$=1.0×10¹⁴，
故答案为：1.0×10¹⁴；增大；
③升高温度，溶液中CrO₄^2-的平衡转化率减小，平衡逆向移动，说明正方向放热，则该反应的△H＜0，
故答案为：小于．

点评 本题综合考查化学反应原理的分析与探究，为高频考点，侧重考查学生的分析、计算能力，题目涉及化学平衡常数、溶度积常数的计算的知识，注意平衡常数的理解应用，题目难度中等．