Question

9．金屬鉻污染環(huán)境，其主要來源于冶金、水泥等工業(yè)產(chǎn)生的廢水，煤和石油燃燒的廢氣中也含有顆粒狀的鉻．請完成下列問題：
（1）工業(yè)廢水中鉻常以Cr₂O₇^2-形式存在，Cr₂O₇^2-主要由CrO₄^2-酸化而來．常溫下，某溶液CrO₄^2-加酸后，有90%轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-，所得溶液中鉻元素含量為26g/L．此時(shí)2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O轉(zhuǎn)化平衡常數(shù)K=9×10¹³，則平衡時(shí)所得溶液的pH=6．
（2）工業(yè)含鉻廢水中鉻常以Cr₂O₇^2-形式存在，可按下列流程來除去廢水中的鉻．

①寫出還原池中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O．
已知：Ksp（Cr（OH）₃）=6.3×10^-31，處理池中加入石灰水調(diào)節(jié)溶液保持pH=8，則處理后的廢水中的c（Cr³⁺）=6.3×10^-13mol/L．
（3）在稀硫酸中甲醇被Cr₂O₇^2-氧化成CO₂和H₂O，化學(xué)方程式為：CH₃OH+Cr₂O₇^2-+8H⁺═CO₂↑+2Cr³⁺+6H₂O．
現(xiàn)有0.12g工業(yè)甲醇，在稀硫酸中與25.0mL 0.2mol/L K₂Cr₂O₇溶液反應(yīng)，多余的K₂Cr₂O₇恰好與9.6mL 1.0mol/LFeSO₄溶液完全反應(yīng)，求工業(yè)甲醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)反應(yīng) 2CrO₄^2-+2H⁺═?Cr₂O₇^2-+H₂O及平衡常數(shù)K═9×10¹³，計(jì)算出c（H⁺），從而計(jì)算溶液的pH；
（2）含Cr₂O₇^2-的廢水，在酸性條件下加入硫酸亞鐵，發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Cr³⁺、Fe³⁺，然后加入過量石灰水，可得到Cr（OH）₃、Fe（OH）₃沉淀，以此解答該題；
（3）在稀硫酸中甲醇被Cr₂O₇^2-氧化成CO₂和H₂O，同時(shí)生成Cr³⁺，根據(jù)元素守恒和元素守恒書寫離子方程式，根據(jù)反應(yīng)Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O 可計(jì)算出多余的K₂Cr₂O₇，進(jìn)而計(jì)算出與甲醇反應(yīng)的K₂Cr₂O₇，再計(jì)算出樣品中的甲醇，計(jì)算甲醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：（1）酸化時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，若1L酸化后所得溶液中含鉻元素的質(zhì)量為26g，CrO₄^2-有90%轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-，
根據(jù)守恒列關(guān)系式：2Cr～2CrO₄^2-～Cr₂O₇^2-
                  2            1
                $\frac{26g×\frac{9}{10}}{52g/mol}$   n（Cr₂O₇^2-）
得n（Cr₂O₇^2-）=0.225mol，
n（CrO₄^2-）_剩余=0.05mol；
則酸化后所得溶液中c（Cr₂O₇^2-）=0.225mol•L^-1； c（CrO₄^2-）_剩余=0.05mol•L^-1
設(shè)H⁺的物質(zhì)的量濃度為amol/L，
              2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O
平衡（mol/L） 0.05    a   0.225
平衡常數(shù)K=$\frac{0.225}{0.05{\;}^{2}×a{\;}^{2}}$═9×10¹³，
^_則a=1.0×10^-6mol/L，所以pH=6，
故答案為：6；
（2）含Cr₂O₇^2-的廢水，在酸性條件下加入硫酸亞鐵，發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Cr³⁺、Fe³⁺，然后加入過量石灰水，可得到Cr（OH）₃、Fe（OH）₃沉淀，還原池中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，溶液的pH=8，c（OH^-）=10^-6 mol/L，根據(jù)Ksp（Cr（OH）₃）=c（Cr³⁺）•c³（OH^-），可知c（Cr³⁺）=$\frac{Ksp（Cr（OH）{\;}_{3}）}{{c}^{3}（OH{\;}^{-}）}$=6.3×10^-13mol/L，
故答案為：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；6.3×10^-13mol/L；
（3）在稀硫酸中甲醇被Cr₂O₇^2-氧化成CO₂和H₂O，同時(shí)生成Cr³⁺，反應(yīng)的離子方程式為CH₃OH+Cr₂O₇^2-+8H⁺═CO₂↑+2Cr³⁺+6H₂O，
根據(jù)反應(yīng)CH₃OH+Cr₂O₇^2-+8H⁺═CO₂↑+2Cr³⁺+6H₂O …①；Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O …②
由反應(yīng)②可知，反應(yīng)①剩余的n（Cr₂O₇^2-）=$\frac{1}{6}$n（Fe²⁺）=0.0016 mol，所以反應(yīng)①消耗的n（Cr₂O₇^2-）=0.0050 mol-0.0016 mol=0.0034 mol
則n（CH₃OH）=0.0034 mol，則w（CH₃OH）=$\frac{0.0034mol×32g/mol}{0.12g}$×100%=90.7%，
故答案為：CH₃OH+Cr₂O₇^2-+8H⁺═CO₂↑+2Cr³⁺+6H₂O；90.7%．

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)的分離、提純的綜合應(yīng)用，為高考常見題型，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾�，本題注重氧化還原反應(yīng)的計(jì)算，難度不大，離子的檢驗(yàn)是高考的熱點(diǎn)，注意離子方程式的書寫．