Question

化學試劑的生產(chǎn)和電鍍工業(yè)排放的廢水中常含有20～100mg．L^-1Cr（Ⅵ），飲用含Cr（Ⅵ）的水會損害人的腸胃等，已知Cr（Ⅲ）的毒性是Cr（Ⅵ）的0.5%，國家規(guī)定工業(yè)廢水含Cr（Ⅵ）的量排放標準為0.1mg．L^-1．工業(yè)上常用化學法和電解法處理含Cr（Ⅵ）廢水，再將Cr（Ⅲ）轉化成沉淀除去，某研究性學習小組為研究廢水的凈化，設計了如下實驗1流程：
（1）配平第①步反應的離子方程式：______Cr₂O₇^2-+______Fe²⁺+______H⁺═______Cr³⁺+______Fe³⁺+____________
（2）設計一個電解裝置也可以實現(xiàn)上述目的，裝置如圖2（用鐵棒和石墨作電極）：
電極材料c為：______
d極電極反應為：______
（3）已知：25℃時Ag₂Cr₂O₇的K_sp=2×10^-7．則25℃時，將4×10^-2mol?L^-1的AgNO₃溶液與4×10^-4mol?L^-1的K₂Cr₂O₇溶液等體積混合______（填“能”或“不能”） 析出沉淀．

Answer 1

解：（1）反應中Cr₂O₇^2-→Cr³⁺，Cr元素化合價由+6價降低為+3價，共降低6價．Fe²⁺→Fe³⁺，F(xiàn)e元素的化合價由+2價升高為+3價，共升高1價，化合價升降最小公倍數(shù)為6，故Cr₂O₇^2-的系數(shù)為1，F(xiàn)e²⁺的系數(shù)為6，根據(jù)原子守恒Cr³⁺的系數(shù)為2，F(xiàn)e³⁺的系數(shù)為6，由電荷守恒可知H⁺的系數(shù)為14，由H、O原子是之比為2：1，故缺項物質為H₂O，其系數(shù)為7，配平后方程式為：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
故答案為：1；6；14；2；6；7H₂O；
（2）由電流的流向可知，c為陽極、d為陰極，需要提供Fe²⁺離子，故Fe應做陽極，及c電極材料為鐵棒．陰極氫離子放電產(chǎn)生氫氧根離子，氫氧根離子與Cr³⁺、Fe³⁺反應轉化為沉淀，陰極電極反應式為：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，
故答案為：鐵棒；2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-；
（3）將4×10^-2mol?L^-1的AgNO₃溶液與4×10^-4mol?L^-1的K₂Cr₂O₇溶液等體積混合后Ag⁺的濃度為2×10^-2mol?L^-1，Cr₂O₇^2-的濃度為2×10^-4mol?L^-1，二者濃度積為（2×10^-2）²×（2×10^-4）=8×10^-8，＜2×10^-7，故不能析出沉淀，
故答案為：不能．
分析：（1）反應中Cr₂O₇^2-→Cr³⁺，Cr元素化合價由+6價降低為+3價，共降低6價．Fe²⁺→Fe³⁺，F(xiàn)e元素的化合價由+2價升高為+3價，共升高1價，化合價升降最小公倍數(shù)為6，故Cr₂O₇^2-的系數(shù)為1，F(xiàn)e²⁺的系數(shù)為6，再結合原子守恒、電荷守恒確定缺項物質，配平其它物質系數(shù)；
（2）由電流的流向可知，c為陽極、d為陰極，需要提供Fe²⁺離子，故Fe應做陽極；陰極氫離子放電產(chǎn)生氫氧根離子，氫氧根離子與Cr³⁺、Fe³⁺反應轉化為沉淀；
（3）計算混合后Ag⁺、Cr₂O₇^2-的濃度，計算濃度積，與溶度積相比進行判斷．
點評：本題考查氧化還原反應配平、電解原理、對工藝流程的理解、溶度積的計算與應用，難度中等，（3）中注意利用混合的濃度進行計算．