Question

14．鉻是用途廣泛的金屬元素，但在生產過程中易產生有害的含鉻工業(yè)廢水．
（1）還原沉淀法是處理含Cr₂O₇^2- 和CrO₄^2-工業(yè)廢水的一種常用方法，其工藝流程為：
2CrO₄^2-$→_{Ⅰ轉化}^{H+}$Cr₂O₇²  $→_{Ⅱ還原}^{Fe_{2}+}$ Cr³⁺$→_{Ⅲ}^{OH-}$Cr（OH）₃↓
其中第I步存在平衡：2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺═Cr₂O₇^2- （橙色）+H₂O
①若平衡體系的pH=2，該溶液顯橙色．
②根據(jù)2CrO₄^2-+2H^+?Cr₂O₇^2-+H₂O，設計右圖裝置（均為惰性電極）電解Na₂CrO₄溶液制取Na₂Cr₂O₇．Na₂Cr₂O₇中鉻元素的化合價為+6，圖中右側電極連接電源的正極，其電極反應式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O．

③第Ⅱ步反應的離子方程式：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，向Ⅱ反應后的溶液加一定量NaOH，若溶液中c（Fe³⁺）=2.0×10^-12mol•L^-1，則溶液中c（Cr³⁺）=3×10^-5mol•L^-1．（已知Ksp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，Ksp[Cr（OH）₃]=6.0×10^-31）．
（2）CrO₃具有強氧化性，遇到有機物（如酒精）時，猛烈反應以至著火．若該過程中乙醇被氧化成乙酸，CrO₃被還原成綠色的Cr₂（SO₄）₃．完成該反應的化學方程式：
4CrO₃+3C₂H₅OH+6H₂SO₄=2Cr₂（SO₄）₃+3CH₃COOH+9H₂O
（3）CrO₃的熱穩(wěn)定性較差，加熱時逐步分解，其固體殘留率隨溫度的變化如圖2所示．B點時剩余固體的成分是Cr₂O₃（填化學式）．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)氫離子對2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺═Cr₂O₇^2- （橙色）+H₂O平衡移動的影響判斷；
②根據(jù)2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O設計圖示裝置（均為惰性電極）電解Na₂CrO₄溶液制取Na₂Cr₂O₇，需要通過電解生成H⁺提高溶液的酸性，說明在該電極是陽極，連接電源的正極，電極反應式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
③亞鐵離子與Cr₂O₇^2-發(fā)生氧化還原反應，由c（Fe³⁺）和Ksp[Fe（OH）₃]計算c（OH^-），結合Ksp[Cr（OH）₃]計算c（Cr³⁺）；
（2）根據(jù)化合價升降總數(shù)相等以及原子守恒來解答；
（3）根據(jù)質量守恒定律，在變化過程中，Cr的質量沒有變，求出氧原子和鉻原子的個數(shù)比即可．

解答 解：（1）①若平衡體系的pH=2，溶液酸性較強，平衡2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺═Cr₂O₇^2- （橙色）+H₂O正向移動，溶液呈橙色，故答案為：橙；
②由化合價代數(shù)和為0可知Na₂Cr₂O₇中鉻元素的化合價為+6價，根據(jù)2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O設計圖示裝置（均為惰性電極）電解Na₂CrO₄溶液制取Na₂Cr₂O₇，需要通過電解生成H⁺提高溶液的酸性，說明在該電極是陽極，連接電源的正極，電極反應式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，
故答案為：+6；正極；4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
③亞鐵離子與Cr₂O₇^2-發(fā)生氧化還原反應，反應的離子方程式為6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，
向Ⅱ反應后的溶液加一定量NaOH，若溶液中c（Fe³⁺）=2.0×10^-12mol•L^-1，則c（OH^-）=$\root{3}{\frac{4.0×1{0}^{-38}}{2.0×1{0}^{-12}}}$mol/L，
c（Cr³⁺）=3×10^-5，
故答案為：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O；3×10^-5；
（2）CrO₃具有強氧化性，遇到有機物（如酒精）時，乙醇被氧化成乙酸，碳的平均化合價從-2價升高到0，1個乙醇化合價變化4，CrO₃被還原成綠色的硫酸鉻[Cr₂（SO₄）₃]，鉻的化合價從+6價降低到+3價，1個CrO₃化合價變化3，兩者的最小公倍數(shù)是12，再根據(jù)原子守恒得4CrO₃+3C₂H₅OH+6H₂SO₄=2Cr₂（SO₄）₃+3CH₃COOH+9H₂O，
故答案為：4；3；6；2；3；9H₂O；
（3）設固體質量為100g，B點時固體的質量為：100g×76%=76g，Cr的質量沒有變，所以生成物中Cr的質量為52g，氧元素的質量為16，兩者的個數(shù)比為$\frac{52}{52}$：$\frac{24}{16}$=2：3，所以B點時剩余固體的成分是Cr₂O₃，所以加熱到 750K 時成分是Cr₂O₃，故答案為：Cr₂O₃．

點評 本題綜合考查了化學平衡原理、氧化還原反應、離子方程式的書寫、沉淀溶解平衡和Ksp的有關計算等內容，側重于反應原理的應用的考查，分析時要根據(jù)題給信息，結合相關原理進行解答，題目難度中等．