Question

15．鉻及其化合物在工業(yè)上有著廣泛的用途，但在生產(chǎn)和使用過(guò)程中易產(chǎn)生有毒害的含鉻工業(yè)廢水．
I．處理含鉻工業(yè)廢水的常用方法是還原沉淀法，該方法的工藝流程如下：

（l）上述流程的步驟①中存在如下平衡：2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺-Cr₂0₇^2一（橙色）+H₂0．若平衡體系的pH=0時(shí)，溶液的顏色為橙色．
（2）第②步反應(yīng)的離子方程式為6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，步驟③可通過(guò)調(diào)節(jié)第二步反應(yīng)后溶液的pH使Cr³⁺沉淀完全，請(qǐng)通過(guò)計(jì)算判斷當(dāng)pH＞6時(shí)，溶液中Cr³⁺是否沉淀完全：當(dāng)溶液的pH調(diào)節(jié)至6時(shí)，溶液中c（OH^-）=1×10^-8mol/L，c（Cr³⁺）=$\frac{6.0×1{0}^{-31}}{（{1×1{0}^{-8}）}^{3}}$=6×10^-7＜10^-5mol•L^-l，Cr³⁺沉淀完全．（簡(jiǎn)要寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程．已知常溫下，Cr（ OH）3的溶度積K_sp=6.0×10^一31，且當(dāng)溶液中離子濃度小于10 ^-5mol•L^-l時(shí)可視作該離子不存在．）
（3）以石墨為電極電解Na₂CrO₄溶液制取Na₂Cr₂0₇，電解裝置如1圖所示．直流電源M極的電極名稱是負(fù)極，和N相連的一極的電極反應(yīng)式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O
Ⅱ．Cr0₃俗稱鉻酸酐，常用于制備鉻的化合物．Cr0₃具有強(qiáng)氧化性，熱穩(wěn)定性較差．

（4）Cr0₃具有強(qiáng)氧化性，遇到有機(jī)物（如酒精）時(shí)，猛烈反應(yīng)以至著火．在硫酸酸化時(shí)Cr₂0₃可將乙醇氧化成乙
酸，而Cr0₃被還原成綠色的硫酸鉻[Cr₂（S0₄）₃]．則該反應(yīng)的化學(xué)方程式為4CrO₃+3C₂H₅OH+6H₂SO₄=2Cr₂（SO₄）₃+3CH₃COOH+9H₂O．
（5）Cr0₃的熱穩(wěn)定性較差，加熱時(shí)逐步分解，其固體殘留率隨溫度的變化如圖2所示．請(qǐng)根據(jù)圖示信息寫(xiě)出從開(kāi)始加熱到750K時(shí)總反應(yīng)的化學(xué)方程式4Cr0₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cr₂O₃+3O₂↑．

Answer 1

分析 I．（1）根據(jù)氫離子對(duì)2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺═Cr₂O₇^2- （橙色）+H₂O平衡移動(dòng)的影響判斷；
（2）亞鐵離子與Cr₂O₇^2-發(fā)生氧化還原反應(yīng)，結(jié)合Ksp[Cr（OH）₃]計(jì)算c（Cr³⁺）；
（3）根據(jù)2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O設(shè)計(jì)圖示裝置（均為惰性電極）電解Na₂CrO₄溶液制取Na₂Cr₂O₇，需要通過(guò)電解生成H⁺提高溶液的酸性，說(shuō)明在該電極是陽(yáng)極，連接電源的正極，電極反應(yīng)式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，則M為負(fù)極；
Ⅱ．（4）CrO₃具有強(qiáng)氧化性，遇到有機(jī)物（如酒精）時(shí)，乙醇被氧化成乙酸；
（5）根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在變化過(guò)程中，Cr的質(zhì)量沒(méi)有變，求出氧原子和鉻原子的個(gè)數(shù)比即可，確定生成物可寫(xiě)出反應(yīng)的方程式．

解答 解：I．（1）若平衡體系的pH=2，溶液酸性較強(qiáng)，平衡2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺═Cr₂O₇^2- （橙色）+H₂O正向移動(dòng)，溶液呈橙色，故答案為：橙；
（2）亞鐵離子與Cr₂O₇^2-發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式為6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O；
溶液的pH=6，c（OH^-）=1×10^-8mol/L，該溶液中c（Cr³⁺）=$\frac{6.0×1{0}^{-31}}{（{1×1{0}^{-8}）}^{3}}$=6×10^-7＜10 ^-5mol•L^-l，Cr³⁺沉淀完全，
故答案為：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O；當(dāng)溶液的pH調(diào)節(jié)至6時(shí)，溶液中c（OH^-）=1×10^-8mol/L，c（Cr³⁺）=$\frac{6.0×1{0}^{-31}}{（{1×1{0}^{-8}）}^{3}}$=6×10^-7＜10 ^-5mol•L^-l，Cr³⁺沉淀完全；
（3）根據(jù)2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O設(shè)計(jì)圖示裝置（均為惰性電極）電解Na₂CrO₄溶液制取Na₂Cr₂O₇，需要通過(guò)電解生成H⁺提高溶液的酸性，說(shuō)明在該電極是陽(yáng)極，連接電源的正極，電極反應(yīng)式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，則M為負(fù)極，
故答案為：負(fù)極；4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
Ⅱ．（4）CrO₃具有強(qiáng)氧化性，遇到有機(jī)物（如酒精）時(shí)，乙醇被氧化成乙酸，反應(yīng)的方程式為4CrO₃+3C₂H₅OH+6H₂SO₄=2Cr₂（SO₄）₃+3CH₃COOH+9H₂O，
故答案為：4CrO₃+3C₂H₅OH+6H₂SO₄=2Cr₂（SO₄）₃+3CH₃COOH+9H₂O；
（5）設(shè)固體質(zhì)量為100g，B點(diǎn)時(shí)固體的質(zhì)量為：100g×76%=76g，Cr的質(zhì)量沒(méi)有變，所以生成物中Cr的質(zhì)量為52g，氧元素的質(zhì)量為16，兩者的個(gè)數(shù)比為$\frac{52}{52}$：$\frac{24}{16}$=2：3，所以B點(diǎn)時(shí)剩余固體的成分是Cr₂O₃，所以加熱到 750K 時(shí)成分是Cr₂O₃，方程式為4Cr0₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cr₂O₃+3O₂↑，
故答案為：4Cr0₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cr₂O₃+3O₂↑．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查物質(zhì)的分離、提純，側(cè)重于學(xué)生的分析、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算能力的考查，題目涉及氧化還原反應(yīng)的計(jì)算、化學(xué)平衡原理、氧化還原反應(yīng)、離子方程式的書(shū)寫(xiě)、沉淀溶解平衡和Ksp的有關(guān)計(jì)算等內(nèi)容，題目難度中等，分析時(shí)要根據(jù)題給信息，結(jié)合相關(guān)原理進(jìn)行解答．