Question

15．铬及其化合物在工业上有着广泛的用途，但在生产和使用过程中易产生有毒害的含铬工业废水．
I．处理含铬工业废水的常用方法是还原沉淀法，该方法的工艺流程如下：

（l）上述流程的步骤①中存在如下平衡：2CrO₄^2-（黄色）+2H⁺-Cr₂0₇^2一（橙色）+H₂0．若平衡体系的pH=0时，溶液的颜色为橙色．
（2）第②步反应的离子方程式为6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，步骤③可通过调节第二步反应后溶液的pH使Cr³⁺沉淀完全，请通过计算判断当pH＞6时，溶液中Cr³⁺是否沉淀完全：当溶液的pH调节至6时，溶液中c（OH^-）=1×10^-8mol/L，c（Cr³⁺）=$\frac{6.0×1{0}^{-31}}{（{1×1{0}^{-8}）}^{3}}$=6×10^-7＜10^-5mol•L^-l，Cr³⁺沉淀完全．（简要写出计算过程．已知常温下，Cr（ OH）3的溶度积K_sp=6.0×10^一31，且当溶液中离子浓度小于10 ^-5mol•L^-l时可视作该离子不存在．）
（3）以石墨为电极电解Na₂CrO₄溶液制取Na₂Cr₂0₇，电解装置如1图所示．直流电源M极的电极名称是负极，和N相连的一极的电极反应式为4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O
Ⅱ．Cr0₃俗称铬酸酐，常用于制备铬的化合物．Cr0₃具有强氧化性，热稳定性较差．

（4）Cr0₃具有强氧化性，遇到有机物（如酒精）时，猛烈反应以至着火．在硫酸酸化时Cr₂0₃可将乙醇氧化成乙
酸，而Cr0₃被还原成绿色的硫酸铬[Cr₂（S0₄）₃]．则该反应的化学方程式为4CrO₃+3C₂H₅OH+6H₂SO₄=2Cr₂（SO₄）₃+3CH₃COOH+9H₂O．
（5）Cr0₃的热稳定性较差，加热时逐步分解，其固体残留率随温度的变化如图2所示．请根据图示信息写出从开始加热到750K时总反应的化学方程式4Cr0₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cr₂O₃+3O₂↑．

Answer 1

分析 I．（1）根据氢离子对2CrO₄^2-（黄色）+2H⁺═Cr₂O₇^2- （橙色）+H₂O平衡移动的影响判断；
（2）亚铁离子与Cr₂O₇^2-发生氧化还原反应，结合Ksp[Cr（OH）₃]计算c（Cr³⁺）；
（3）根据2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O设计图示装置（均为惰性电极）电解Na₂CrO₄溶液制取Na₂Cr₂O₇，需要通过电解生成H⁺提高溶液的酸性，说明在该电极是阳极，连接电源的正极，电极反应式为4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，则M为负极；
Ⅱ．（4）CrO₃具有强氧化性，遇到有机物（如酒精）时，乙醇被氧化成乙酸；
（5）根据质量守恒定律，在变化过程中，Cr的质量没有变，求出氧原子和铬原子的个数比即可，确定生成物可写出反应的方程式．

解答 解：I．（1）若平衡体系的pH=2，溶液酸性较强，平衡2CrO₄^2-（黄色）+2H⁺═Cr₂O₇^2- （橙色）+H₂O正向移动，溶液呈橙色，故答案为：橙；
（2）亚铁离子与Cr₂O₇^2-发生氧化还原反应，反应的离子方程式为6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O；
溶液的pH=6，c（OH^-）=1×10^-8mol/L，该溶液中c（Cr³⁺）=$\frac{6.0×1{0}^{-31}}{（{1×1{0}^{-8}）}^{3}}$=6×10^-7＜10 ^-5mol•L^-l，Cr³⁺沉淀完全，
故答案为：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O；当溶液的pH调节至6时，溶液中c（OH^-）=1×10^-8mol/L，c（Cr³⁺）=$\frac{6.0×1{0}^{-31}}{（{1×1{0}^{-8}）}^{3}}$=6×10^-7＜10 ^-5mol•L^-l，Cr³⁺沉淀完全；
（3）根据2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O设计图示装置（均为惰性电极）电解Na₂CrO₄溶液制取Na₂Cr₂O₇，需要通过电解生成H⁺提高溶液的酸性，说明在该电极是阳极，连接电源的正极，电极反应式为4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，则M为负极，
故答案为：负极；4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
Ⅱ．（4）CrO₃具有强氧化性，遇到有机物（如酒精）时，乙醇被氧化成乙酸，反应的方程式为4CrO₃+3C₂H₅OH+6H₂SO₄=2Cr₂（SO₄）₃+3CH₃COOH+9H₂O，
故答案为：4CrO₃+3C₂H₅OH+6H₂SO₄=2Cr₂（SO₄）₃+3CH₃COOH+9H₂O；
（5）设固体质量为100g，B点时固体的质量为：100g×76%=76g，Cr的质量没有变，所以生成物中Cr的质量为52g，氧元素的质量为16，两者的个数比为$\frac{52}{52}$：$\frac{24}{16}$=2：3，所以B点时剩余固体的成分是Cr₂O₃，所以加热到 750K 时成分是Cr₂O₃，方程式为4Cr0₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cr₂O₃+3O₂↑，
故答案为：4Cr0₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cr₂O₃+3O₂↑．

点评 本题综合考查物质的分离、提纯，侧重于学生的分析、实验和计算能力的考查，题目涉及氧化还原反应的计算、化学平衡原理、氧化还原反应、离子方程式的书写、沉淀溶解平衡和Ksp的有关计算等内容，题目难度中等，分析时要根据题给信息，结合相关原理进行解答．