Question

17．含重鉻酸鉀（K₂Cr₂O₇）廢水普遍存在于制明礬、火柴的工廠，由于K₂Cr₂O₇直接排放會(huì)污染環(huán)境，因此需要進(jìn)行處理．某研究小組查閱資料發(fā)現(xiàn)：
①

物質(zhì)	K2Cr2O7溶液	Cr（OH）3	Cr3+溶液
顏色	橙黃色	灰綠色沉淀	灰綠色

②生成氫氧化物沉淀的pH

	Fe（OH）3	Cr（OH）3
開始沉淀時(shí)	1.5	6.0
沉淀完全時(shí)	2.8	8.0

③藥劑還原沉淀法是目前應(yīng)用較為廣泛的含鉻廢水處理方法，其基本原理是在酸性條件下向廢水中加入還原劑將Cr₂O₇^2-還原成Cr³⁺，然后再加入石灰或氫氧化鈉，使其轉(zhuǎn)化成Cr（OH）₃沉淀，從而除去Cr₂O₇^2-．
（1）配平方程式：1Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O
（2）寫出在含Cr³⁺溶液中加入NaOH反應(yīng)的離子方程式：Cr³⁺+3OH^-=Cr（OH）₃↓．
該研究小組設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室模擬，想利用電解法產(chǎn)生Fe²⁺，進(jìn)而處理含K₂Cr₂O₇的廢水，實(shí)驗(yàn)如下：

實(shí)驗(yàn) 序號(hào)	實(shí)驗(yàn)裝置	實(shí)驗(yàn)電壓	溶液	時(shí)間	現(xiàn)象
Ⅰ		22V	0.01mol/L K2Cr2O7溶液	20 分鐘	a 極區(qū)無明顯現(xiàn)象； b 極區(qū)有無色氣泡．

（3）a 極的電極材料是Fe．該小組通過實(shí)驗(yàn)證明了a極區(qū)產(chǎn)生了Fe²⁺，請描述他們的實(shí)驗(yàn)操作取a 極區(qū)少量溶液于試管中，向其中滴加鐵氰化鉀溶液，有藍(lán)色沉淀產(chǎn)生．
該小組同學(xué)再次查閱資料，將上述實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)一步優(yōu)化，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)Ⅱ：

實(shí)驗(yàn) 序號(hào)	實(shí)驗(yàn)裝置	實(shí)驗(yàn)電壓	溶液	時(shí)間	現(xiàn)象
Ⅱ		22V	0.01mol/LK2Cr2O7溶液中加入少量H2SO4酸 化，使pH≈1	20 分鐘	a 極區(qū)溶液變淺綠色； b極區(qū)有無色氣泡產(chǎn)生，產(chǎn)生紅褐色沉淀．

（4）請將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象補(bǔ)充完整；解釋b極區(qū)產(chǎn)生紅褐色沉淀的原因b極H⁺放電，溶液pH升高，a 極產(chǎn)生的Fe²⁺被Cr₂O₇^2-氧化成Fe³⁺，F(xiàn)e³⁺遷移到b極區(qū)，與OH^-結(jié)合生成Fe（OH）₃．
（5）實(shí)驗(yàn)Ⅰ→實(shí)驗(yàn)Ⅱ進(jìn)行了優(yōu)化，對比實(shí)驗(yàn)Ⅰ、Ⅱ，說明優(yōu)化的依據(jù)是調(diào)節(jié)溶液pH為酸性，保證Cr₂O₇^2-的氧化性．
（6）該小組同學(xué)想在電解過程中將Cr₂O₇^2-轉(zhuǎn)化為Cr（OH）₃沉淀除去，請?zhí)岢龃胧┎⒄f明理由增大溶液pH到合理范圍 使Cr₂O₇^2-與Fe²⁺發(fā)生反應(yīng)且Cr（OH）₃能沉淀．

Answer 1

分析 （1）FeSO₄具有還原性，可與Cr₂O₇^2-+發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Fe³⁺和Cr³⁺；
（2）Cr³⁺溶液中加入NaOH生成Cr（OH）₃沉淀；
（3）Fe在陽極失電子生成亞鐵離子，亞鐵離子與K₂Cr₂O₇反應(yīng)；檢驗(yàn)亞鐵離子用鐵氰化鉀溶液；
（4）陽極上Fe失電子生成亞鐵離子；陰極上氫離子得電子生成氫氣；Fe²⁺被Cr₂O₇^2-氧化成Fe³⁺，F(xiàn)e³⁺向陰極移動(dòng)與氫氧根離子結(jié)合；
（5）酸性條件下，Cr₂O₇^2-具有強(qiáng)氧化性；
（6）pH=8時(shí)，Cr³⁺轉(zhuǎn)化為Cr（OH）₃沉淀．

解答 解：（1）FeSO₄具有還原性，可與Cr₂O₇^2-+發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Fe³⁺和Cr³⁺，反應(yīng)的離子方程式為Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
故答案為：1、6、1、4、2、6、7；
（2）Cr³⁺溶液中加入NaOH生成Cr（OH）₃沉淀，其反應(yīng)的離子方程式為：Cr³⁺+3OH^-=Cr（OH）₃↓；
故答案為：Cr³⁺+3OH^-=Cr（OH）₃↓；
（3）利用電解法產(chǎn)生Fe²⁺，F(xiàn)e²⁺把K₂Cr₂O₇還原成Cr³⁺，則Fe在陽極失電子生成亞鐵離子，所以Fe作陽極，即a極為Fe；檢驗(yàn)亞鐵離子用鐵氰化鉀溶液，操作為取a 極區(qū)少量溶液于試管中，向其中滴加鐵氰化鉀溶液，有藍(lán)色沉淀產(chǎn)生，說明含有亞鐵離子；
故答案為：Fe；取a 極區(qū)少量溶液于試管中，向其中滴加鐵氰化鉀溶液，有藍(lán)色沉淀產(chǎn)生；
（4）a極為陽極，陽極上Fe失電子生成亞鐵離子，所以a 極區(qū)溶液變淺綠色；b極為陰極，陰極上氫離子得電子生成氫氣，所以b極區(qū)有無色氣泡產(chǎn)生；a極產(chǎn)生的Fe²⁺被Cr₂O₇^2-氧化成Fe³⁺，F(xiàn)e³⁺遷移到b極區(qū)，與OH^-結(jié)合生成Fe（OH）₃，所以b極區(qū)有紅褐色沉淀生成；
故答案為：溶液變淺綠色；有無色氣體產(chǎn)生；a極產(chǎn)生的Fe²⁺被Cr₂O₇^2-氧化成Fe³⁺，F(xiàn)e³⁺遷移到b極區(qū)，與OH^-結(jié)合生成Fe（OH）₃；
（5）實(shí)驗(yàn)Ⅰ→實(shí)驗(yàn)Ⅱ進(jìn)行了優(yōu)化，對比實(shí)驗(yàn)Ⅰ、Ⅱ，可知，實(shí)驗(yàn)II在加入了一定量的硫酸，溶液酸性增強(qiáng)，酸性條件下，Cr₂O₇^2-具有強(qiáng)氧化性；
故答案為：調(diào)節(jié)溶液pH為酸性，保證Cr₂O₇^2-的氧化性；
（6）pH=8時(shí)，Cr³⁺轉(zhuǎn)化為Cr（OH）₃沉淀，所以要想在電解過程中將Cr₂O₇^2-轉(zhuǎn)化為Cr（OH）₃沉淀除去，需要增大溶液的pH；
故答案為：增大溶液pH到合理范圍 使Cr₂O₇^2-與Fe²⁺發(fā)生反應(yīng)且Cr（OH）₃能沉淀．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電解原理的應(yīng)用、氧化還原反應(yīng)及物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，題目難度中等，注意把握電解池中陰陽極上發(fā)生的反應(yīng)以及元素化合物的性質(zhì)，側(cè)重于考查學(xué)生的分析能力和對基礎(chǔ)知識(shí)的應(yīng)用能力．