Question

6．重铬酸钾（K₂Cr₂O₇）主要用于制革、印染、电镀等．其水溶液中存在平衡：Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺
（1）已知有关物质溶解度如图1．用复分解法制备K₂Cr₂O₇的操作过程是：向Na₂Cr₂O₇溶液中加入KCl（填化学式），搅拌溶解，调节溶液pH约为5，加热溶液至表面有少量晶体析出时，冷却结晶，抽滤得到粗产品，再用重结晶法提纯粗产品．

（2）以铬酸钾（K₂CrO₄）为原料，用电化学法制备重铬酸钾的实验装置如图2．
①不锈钢作阴极，写出该电极的电极反应式2H₂O+2e^-=2OH^-+H₂↑．
②分析阳极区能得到重铬酸钾溶液的原因阳极OH^-放电，溶液中H⁺浓度增大，使Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺向生成Cr₂O₇^2-方向移动，部分K⁺通过阳离子交换膜移动到阴极区，使阳极区主要成分是K₂Cr₂O₇．
③当铬酸钾的转化率达到x时，阳极液中K与Cr的物质的量之比为2：（1-0.5x）．
（3）铬对环境能造成污染．某酸性废水中含有Cr₂O₇^2-，处理时可用焦亚硫酸钠（Na₂S₂O₅）将Cr₂O₇^2-转化为毒性较低的Cr³⁺，再调节pH约为8，使铬元素沉降，分离出污泥后检测废水中Cr³⁺浓度，低于0.5mg•L^-1则达到排放标准．
①Na₂S₂O₅参加反应的离子方程式为3S₂O₅^2-+2Cr₂O₇^2-+10H⁺=6SO₄^2-+4Cr³⁺+5H₂O．
②经上述工艺处理后的废水，理论上Cr³⁺浓度约为3×10^-8mg•L^-1．
（已知室温下K_sp[Cr（OH）₃]≈6×10^-31）

Answer 1

分析 （1）Na₂Cr₂O₇水溶液中加KCl，加热浓缩、冷却结晶，可得到K₂Cr₂O₇；
（2）①与电源的负极相连作阴极；阴极上氢离子得电子生成氢气；
②阳极上溶液中阴离子放电，氢氧根离子失电子发生氧化反应，氢离子浓度增大使Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺向生成Cr₂O₇^2-方向移动；
③设K₂CrO₄为1mol，则K⁺为2mol，铬酸钾的转化率达到x，则生成为K₂Cr₂O₇0.5xmol，K₂CrO₄剩余为1-xmol，据此计算；
（3）①焦亚硫酸钠（Na₂S₂O₅）将Cr₂O₇^2-转化为毒性较低的Cr³⁺，同时焦亚硫酸钠被氧化为硫酸钠，根据电子守恒和原子守恒书写方程式；
②pH约为8，则c（OH^-）=10^-6mol/L，根据K_sp[Cr（OH）₃]≈6×10^-31计算c（Cr³⁺），再求出质量浓度．

解答 解：（1）由图可知Na₂Cr₂O₇的溶解度较大，K₂Cr₂O₇的溶解度较小，Na₂Cr₂O₇水溶液中加KCl，加热浓缩、冷却结晶，可得到K₂Cr₂O₇；
故答案为：KCl；冷却结晶；
（2）①与电源的负极相连作阴极；阴极上氢离子得电子生成氢气，则阴极的电极方程式为：2H₂O+2e^-=2OH^-+H₂↑；
故答案为：阴；2H₂O+2e^-=2OH^-+H₂↑；
②阳极上溶液中阴离子放电，氢氧根离子失电子发生氧化反应，氢离子浓度增大使Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺向生成Cr₂O₇^2-方向移动；
故答案为：阳极OH^-放电，溶液中H⁺浓度增大，使Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺向生成Cr₂O₇^2-方向移动，部分K⁺通过阳离子交换膜移动到阴极区，使阳极区主要成分是K₂Cr₂O₇；
③设K₂CrO₄为1mol，则K⁺为2mol，铬酸钾的转化率达到x，则生成为K₂Cr₂O₇0.5xmol，K₂CrO₄剩余为1-xmol，
则阳极液中K与Cr的物质的量之比为2：（1-x+0.5x）=2：（1-0.5x）；
故答案为：2：（1-0.5x）；
（3）①焦亚硫酸钠（Na₂S₂O₅）将Cr₂O₇^2-转化为毒性较低的Cr³⁺，同时焦亚硫酸钠被氧化为硫酸钠，其反应的离子方程式为：3S₂O₅^2-+2Cr₂O₇^2-+10H⁺=6SO₄^2-+4Cr³⁺+5H₂O；
故答案为：3S₂O₅^2-+2Cr₂O₇^2-+10H⁺=6SO₄^2-+4Cr³⁺+5H₂O；
②pH约为8，则c（OH^-）=10^-6mol/L，已知K_sp[Cr（OH）₃]≈6×10^-31，c（Cr³⁺）=$\frac{6×1{0}^{-31}}{（1{0}^{-6}）^{3}}$=6×10^-13mol/L，则1L溶液中Cr元素的质量为6×10^-13mol×52g/mol=3.126×10^-11g≈3×10^-8mg，则理论上Cr³⁺浓度约为3×10^-8mg/L；
故答案为：3×10^-8．

点评 本题考查物质的制备的综合应用，把握物质的制备方法、电解原理、溶度积常数的计算为解答的关键，注意信息的应用及相关计算，侧重分析与实验、计算能力的综合考查，题目难度中等．