Question

【題目】鉻是廣泛存在于環(huán)境中的金屬元素，在水體中主要以三價(jià)和六價(jià)鉻的化合物為主，其中六價(jià)鉻對(duì)人有害。通常含六價(jià)鉻的酸性工業(yè)廢水的處理流程為：

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

I．（1）第①步存在平衡：2CrO42－(黃色)+2H+Cr2O72－(橙色)+H2O，請(qǐng)寫出該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K= ______________。第①步反應(yīng)的下列狀態(tài)一定達(dá)到平衡的是________。

a．Cr2O72-和CrO42-的濃度相同 b．2v (Cr2O72-) = v (CrO42-) c．溶液的顏色保持不變

（2）常溫下，向100mL、0.1mol/L的K2CrO4溶液加入1mol/L硫酸10mL，存在平衡：

2CrO42－(黃色)+2H+Cr2O72－(橙色)+H2O K=5×1014

若向上述溶液中加入濃KOH溶液，溶液的顏色由橙色漸變?yōu)辄S色，反應(yīng)逆轉(zhuǎn)：Cr2O72－(橙色) +2OH－2CrO42－(黃色) +H2O

設(shè)該反應(yīng)的平衡常數(shù)為K1，則K1=_______________。

II．為進(jìn)一步研究初始pH和草酸濃度對(duì)第②步反應(yīng)速率的影響，某學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)如下表：

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	初始pH	廢水樣品體積/mL	草酸溶液體積/mL	蒸餾水體積/mL
甲	4	60	10	30
乙	5	x	10	30
丙	5	y	5	z

（3）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表中z=_______mL；

（4）實(shí)驗(yàn)甲中0～t1時(shí)間段反應(yīng)速率v(Cr3+)=________mol/(L·min) (用含字母的代數(shù)式表示)。

（5）常溫下，第③步生成的Cr(OH)3在溶液中存在以下平衡：Cr(OH)3(s)Cr3+(aq)+3OH－(aq)，溶度積Ksp[Cr(OH)3]＝1×10－32，要使c(Cr3+)不高于10－5mol/L，溶液的pH應(yīng)調(diào)至___________。

Answer 1

【答案】 c 2×1013 35 2(c0-c1)/t1 5（或≥5）

【解析】I．（1）第①步存在平衡：2CrO42－(黃色)+2H+Cr2O72－(橙色)+H2O，該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為。第①步反應(yīng)的下列狀態(tài)中：a．Cr2O72-和CrO42-的濃度相同，不能說(shuō)明它們的濃度保持不變；b．2v (Cr2O72-) = v (CrO42-) 不能代表正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等；c．溶液的顏色保持不變，說(shuō)明反應(yīng)混合物中各組分的濃度均保持不變，即達(dá)到平衡狀態(tài)。綜上所述，一定達(dá)到平衡的是c。

（2）常溫下，向100mL、0.1mol/L的K2CrO4溶液加入1mol/L硫酸10mL，存在平衡：

2CrO42－(黃色)+2H+Cr2O72－(橙色)+H2O ，K=5×1014；若向上述溶液中加入濃KOH溶液，溶液的顏色由橙色漸變?yōu)辄S色，反應(yīng)逆轉(zhuǎn)為Cr2O72－(橙色) +2OH－2CrO42－(黃色) +H2O，設(shè)該反應(yīng)的平衡常數(shù)為K1，則K1= 2×1013。

II．（3）根據(jù)控制變量法的原理可知，要保證廢水樣品相同、混合后總體積相同，即x=60、y=60，所以實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表中z=35；

（4）實(shí)驗(yàn)甲中0～t1時(shí)間段反應(yīng)速率v(Cr3+)=2 v(Cr2O72-)= mol/(L·min)。

（5）常溫下，第③步生成的Cr(OH)3在溶液中存在以下平衡：Cr(OH)3(s)Cr3+(aq)+3OH－(aq)，溶度積Ksp[Cr(OH)3]＝1×10－32，要使c(Cr3+)不高于10－5mol/L，則，即c(OH-)≥10-9mol/L，所以溶液的pH應(yīng)調(diào)至5（或≥5）。