Question

14．鉻是用途廣泛的金屬，但在生產(chǎn)過程中易產(chǎn)生有害的含鉻工業(yè)廢水．
I、還原沉淀法是處理含Cr₂O₄^2- 和CrO₇^2-工業(yè)廢水的一種常用方法，其工藝流程如下：

其中第①步存在平衡：2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺?Cr₂O₇^2- （橙色）+H₂O
（1）若平衡體系中，pH=0時(shí)溶液顯橙色．
（2）以石墨為電極，電解Na₂CrO₄制備Na₂Cr₂O₇的裝置如圖1所示．

a極的名稱是負(fù)極；b極直接相連一極的反應(yīng)式為2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑．
（3）第②步反應(yīng)的離子方程式：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O．
第②步反應(yīng)后的溶液加入一定量燒堿，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K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38 mol•L^-1，K_sp[Cr（OH）₃]=6.0×10^-31 mol•L^-1）．
II、探究CrO₃的強(qiáng)氧化性和熱穩(wěn)定性
（4）CrO₃遇有機(jī)物（如酒精）時(shí)猛烈反應(yīng)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．補(bǔ)充并配平下列反應(yīng)式：
aCrO₃+bC₂H₅OH+cH₂SO₄=dCr₂（SO₄）₃+eCH₃COOH+fR
b：c：f=1：2：3．
（5）CrO₃的熱穩(wěn)定性差，加熱時(shí)逐步分解，其固定殘留率隨溫度的變化如圖2所示．B點(diǎn)時(shí)生成固體的化學(xué)式為Cr₂O₃．（固體殘留率=$\frac{剩余固體的質(zhì)量}{原始固體的質(zhì)量}$×100%）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)氫離子對2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺═Cr₂O₇^2- （橙色）+H₂O平衡移動(dòng)的影響判斷；
（2）根據(jù)2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O設(shè)計(jì)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，即b為正極，陽極上氫氧根離子失電子；
（3）亞鐵離子與Cr₂O₇^2-發(fā)生氧化還原反應(yīng)，由c（Fe³⁺）和Ksp[Fe（OH）₃]計(jì)算c（OH^-），結(jié)合Ksp[Cr（OH）₃]計(jì)算c（Cr³⁺）；
（4）根據(jù)化合價(jià)升降總數(shù)相等以及原子守恒來解答；
（5）根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在變化過程中，Cr的質(zhì)量沒有變，求出氧原子和鉻原子的個(gè)數(shù)比即可．

解答 解：（1）若平衡體系的pH=0，溶液酸性較強(qiáng)，平衡2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺═Cr₂O₇^2- （橙色）+H₂O正向移動(dòng)，溶液呈橙色；
故答案為：橙；
（2）根據(jù)2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O設(shè)計(jì)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，即b為正極，則a為負(fù)極，陽極上氫氧根離子失電子，則陽極電極反應(yīng)式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
故答案為：負(fù)極；4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
（3）亞鐵離子與Cr₂O₇^2-發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式為6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O；
向Ⅱ反應(yīng)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，則c（Cr³⁺）=$\frac{6.0×1{0}^{-31}}{2.0×1{0}^{-26}}$=3×10^-5，
故答案為：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O；3×10^-5；
（4）CrO₃具有強(qiáng)氧化性，遇到有機(jī)物（如酒精）時(shí)，乙醇被氧化成乙酸，碳的平均化合價(jià)從-2價(jià)升高到0，1個(gè)乙醇化合價(jià)變化4，CrO₃被還原成綠色的硫酸鉻[Cr₂（SO₄）₃]，鉻的化合價(jià)從+6價(jià)降低到+3價(jià)，1個(gè)CrO₃化合價(jià)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，則b：c：f=1：2：3；
故答案為：1：2：3；
（5）設(shè)固體質(zhì)量為100g，B點(diǎn)時(shí)固體的質(zhì)量為：100g×76%=76g，Cr的質(zhì)量沒有變，所以生成物中Cr的質(zhì)量為52g，氧元素的質(zhì)量為16，兩者的個(gè)數(shù)比為$\frac{52}{52}$：$\frac{24}{16}$=2：3，所以B點(diǎn)時(shí)剩余固體的成分是Cr₂O₃，所以加熱到 750K 時(shí)成分是Cr₂O₃，
故答案為：Cr₂O₃．

點(diǎn)評 本題綜合考查了化學(xué)平衡原理、氧化還原反應(yīng)、離子方程式的書寫、沉淀溶解平衡和Ksp的有關(guān)計(jì)算等內(nèi)容，側(cè)重于反應(yīng)原理的應(yīng)用的考查，分析時(shí)要根據(jù)題給信息，結(jié)合相關(guān)原理進(jìn)行解答，題目難度中等．