Question

環(huán)境中常見的重金屬污染有：汞、鉛、錳、鉻、鎘．處理工業(yè)廢水中常含有的Cr₂O₇^2-和CrO

2- 4

離子，常用的方法有兩種．
方法1：還原沉淀法
該法的工藝流程為：

其中第①步存在平衡：2CrO

2- 4

（黃色）+2H⁺?Cr₂O

2- 7

（橙色）+H₂O
（1）寫出第①步反應的平衡常數(shù)表達式

 

．
（2）關于第①步反應，下列說法正確的是

 

．
A．通過測定溶液的pH值可以判斷反應是否已達平衡狀態(tài)
B．該反應為氧化還原反應
C．強酸性環(huán)境，溶液的顏色為橙色
（3）第②步中，還原0.1mol Cr₂O

2- 3

離子，需要

 

mol的FeSO₄?7H₂O．
（4）第③步除生成的Cr（OH）₃，還可能生成的沉淀為

 

．在溶液中存在以下沉淀溶解平衡：
Cr（OH）₃（s）?Cr³⁺（aq）+3OH（aq），常溫下，Cr（OH）₃的溶度積K _sp=10^-32，當c（Cr³⁺）降至10^-5 mol/L，認為c（Cr³⁺）已經(jīng)完全沉淀，現(xiàn)將第③步溶液的pH值調至4，請通過計算說明Cr³⁺是否沉淀完全（請寫出計算過程）

 

．
方法2：電解法
（5）實驗室利用如圖裝置模擬電解法處理含Cr₂O

2- 3

的廢水，電解時陽極反應式為

 

，陰極區(qū)反應式為

 

，得到的金屬陽離子在陰極區(qū)可沉淀完全，從水的電離平衡角度解釋其原因是

 

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)化學平衡常數(shù)表達式的概念解決；
（2）根據(jù)平衡裝狀態(tài)判斷標準；氧化還原反應的概念；化學平衡的移動，結合題意解決；
（3）根據(jù)氧化還原反應的計算解決；
（4）根據(jù)化學反應過程的分析判斷離子種類，得出產(chǎn)物；根據(jù)溶度積常數(shù)計算，確定溶液中離子是否沉淀完全；
（5）根據(jù)電解池陰、陽兩極微粒的放電順序解決；結合陰陽兩極的放電引起的溶液中離子變化解決．

解答：解：（1）根據(jù)平衡常數(shù)表達式的概念，結合方程式2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O可知，K=

c  ( Cr2 O 2- 7  )

c 2 ( CrO 2- 4  ) ? c 2 ( H+ )

，
故答案為：K=

c(Cr2O 2- 7 )

c2 ( CrO 2- 4 ) ? c2 ( H+)

；
（2）A_? 根據(jù)化學平衡狀態(tài)的判斷標準，結合可逆反應方程式2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O，隨著反應的進行，溶液中c（H⁺）逐漸減小，當溶液中c（H⁺）保持不變時，即到達平衡狀態(tài)，此時，溶液的pH不變，故A正確；
B_? 根據(jù)氧化反應的概念，一個反應中有元素化合價升降的，就為氧化還原反應，而此選項中，只有化合價的升高，沒有化合價降低的元素，因此次變化是一個氧化還原反應中氧化過程，不是一個完整的氧化還原反應，故B錯誤；
C_? 根據(jù)影響化學平衡移動的條件，結合題意，強酸環(huán)境下，相當于增加了c（H⁺）的濃度，反應2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O向正向移動，即溶液顏色為橙色．故C正確，
故答案為：AC；
（3）根據(jù)氧化還原反應的計算，氧化劑得到的電子總數(shù)與還原劑失去電子總數(shù)相等．根據(jù)Cr₂O₇^2-→2Cr³⁺，1molCr₂O₇^2-被還原得到6mol電子，現(xiàn)在有0.1molCr₂O₇^2-被還原被還原，需得到0.6mol電子，0.6mol電子將有Fe²⁺失去變成Fe³⁺，1molFe²⁺變成Fe³⁺，將失去1mol電子，現(xiàn)在失去0.6mol電子，需要0.6mol FeSO₄?7H₂O，
故答案為：0.6；
（4）根據(jù)分析（3）當Cr₂O

2- 7

→2Cr³⁺變化時，溶液中產(chǎn)生了Cr³⁺的同時，又發(fā)生了Fe²⁺→Fe³⁺的過程 溶液中又產(chǎn)生了Fe³⁺，因此加入OH^-又有Fe（OH）₃生成．故答案為Fe（OH）₃；根據(jù)溶度積常數(shù)的計算，結合Cr（OH）₃（s）?Cr³⁺（aq）+3OH（aq），當溶液的pH值調至4時，c（OH^-）=1×10^-10，常溫下，Cr（OH）₃的溶度積K _sp=10^-32，Ksp（Cr（OH）₃）=c³（OH）?c（Cr³⁺），c（Cr³⁺）=

Ksp(Cr(OH)3)

c3(OH-)

=

10-32

103×-10

=10^-2mol/L＞10^-5 mol/L，
故答案為：若pH值調整至4時已形成部分沉淀；
（5）根據(jù)電解池陰陽兩極的放電順序，金屬單質做陽極時，金屬優(yōu)先失電子，次電解池陽極是鐵，故陽極反應為：Fe-2e^-=Fe²⁺；陰極的放電順序與金屬活動性順序相反，在K₂Cr₂O₇、H₂SO₄的溶液中，含有的陽離子有：K⁺、H⁺，H⁺的放電能力比K⁺的強，因此陰極上是H⁺離子放電，H⁺濃度減小促進了水的電離平衡，使水向電離的方向移動，OH^-離子的濃度增大，堿性增強，使得到的金屬陽離子在陰極區(qū)可沉淀完全，
故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑；由于陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑；陰極反應消耗了H⁺，打破了水的電離平衡，促進了水的電離，是溶液中OH^-的濃度增大，溶液逐漸呈堿性．

點評：本題是一道綜合題，集中考查了難溶物的溶解平衡、利用溶度積常數(shù)的計算、溶解平衡的移動、電解原理等知識點，綜合性較強，很容易出錯，特別是簡答題，如何將學到的知識組織成答案是關鍵．