Question

工业废水中常含有一定量的Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-，它们会对人类及生态系统产生很大损害，必须进行处理。常用的处理方法有两种。
方法1：还原沉淀法。该法的工艺流程为CrO₄^2-Cr₂O₇^2-Cr^3＋Cr(OH)₃↓
其中第①步存在平衡：2CrO₄^2- (黄色)＋2H^＋Cr₂O₇^2- (橙色)＋H₂O
（1）若平衡体系的pH=2，该溶液显________色。
（2）能说明第①步反应达平衡状态的是__________。
a．Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-的浓度相同 
b．2v(Cr₂O₇^2-)=v(CrO₄^2-) 
c．溶液的颜色不变
（3）第②步中，还原1 mol Cr₂O₇^2-离子，需要________mol的FeSO₄·7H₂O。
（4）第③步生成的Cr(OH)₃在溶液中存在以下沉淀溶解平衡：Cr(OH)₃(s) Cr^3＋(aq)＋3OH^－(aq)，常温下，Cr(OH)₃的溶度积K_sp=c(Cr^3＋)·c³(OH^－)=10^－32，要使c(Cr^3＋)降至10^－5mol/L，溶液的pH应调至_______。
方法2：电解法。该法用Fe做电极电解含Cr₂O₇^2-的酸性废水，随着电解进行，在阴极附近溶液pH升高，产生Cr(OH)₃沉淀。
（5）用Fe做电极的原因为__________________。
（6）在阴极附近溶液pH升高的原因是(用电极反应解释)_________________________________。溶液中同时生成的沉淀还有__________。

Answer 1

（11分）（1）橙　（1分）（2）c　 （1分） （3）6　 （2分）（4）5  （2分）
（5）阳极反应为Fe－2e^－＝Fe^2＋，提供还原剂Fe^2＋ 2分 （6）2H^＋＋2e^－＝H₂↑　，Fe(OH)₃     （3分）

试题分析：（1）若平衡体系的pH＝2，这说明溶液显酸性，氢离子浓度增大，因此平衡正反应方向移动，所以该溶液显橙色。
（2）在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态。平衡时各种物质的浓度不再发生变化，但各种物质的浓度之间不一定满足某种关系，a不能说明；速率之比是相应的化学计量数之比，因此b中的关系始终是成立，不能说明，b不正确；颜色的深浅和浓度有关系，因此当溶液有色不再发生变化时，可以说明反应达到平衡状态，c正确，答案选c。
（3）在反应②中Cr元素的化合价从＋6价降低到＋3价，得到3个电子。铁元素的化合价从＋2价升高到＋3价，上去1个电子，则根据电子得失守恒可知n（Cr₂O₇^2-）×6＝n（FeSO₄?7H₂O）×1，解得n（FeSO₄?7H₂O）＝6mol。
（4）根据溶度积常数的表达式Ksp＝c(Cr³⁺)·c³(OH^—)＝10^-32可知，当溶液中c（Cr³⁺）＝10^-5mol/L时，溶液的c（OH^-）＝＝10^-9 mol/L，因此c（H⁺）＝＝10^-5mol/L，所以pH＝5，即要使c（Cr³⁺）降至10^-5mol/L，溶液的pH应调至5。
（5） Cr₂O₇^2—要生成Cr(OH)₃沉淀，必需有还原剂，而铁做电极时，在阳极上可以失去电子产生Fe²⁺，电极反应式为Fe－2e^－＝Fe²⁺。
（6）在电解池中阳离子在阴极得到电子，在溶液中由于H⁺得电子得能力强于Fe²⁺的，因此阴极是H⁺放电，电极反应式为2H⁺+2e^－＝H₂↑。随着电解的进行，溶液中的H⁺浓度逐渐降低，水的电离被促进，OH^－浓度逐渐升高。由于Fe²⁺被Cr₂O₇^2—氧化生成Fe³⁺，当溶液碱性达到一定程度时就会产生Fe(OH)₃沉淀。
点评：该题是中等难度的试题，也是高考中的常见题型和考点。试题综合性强，难易适中，侧重对学生能力的培养和解题方法的指导与训练，有助于培养学生的逻辑推理能力和发散思维能力。注意相关知识的积累和总结，并能灵活运用即可。