Question

铬是广泛存在于环境中的重金属元素，在水体中主要以三价和六价铬的化合物为主．含六价铬的酸性工业废水，通常的处理流程为：
CrO₄^2-

H+

①转化

Cr₂O₇^2-

光照，草酸溶液

②还原

Cr³⁺

OH-

③沉淀

Cr（OH）₃↓
完成下列问题：
（1）第①步存在平衡：2CrO₄^2-（黄色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O，写出该反应的平衡常数表达式，K=

 

，若平衡体系的pH=2，则溶液显

 

色，下列能说明第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
（2）为进一步研究初始pH和草酸浓度对第②步反应速率的影响，作对比实验如表：

实验编号	初始PH	废水样品体积/mL	草酸溶液体积/mL	蒸馏水体积/mL
甲	4	60	10	30
乙	5		10	30
丙	5		5

①完成实验设计表（表中不要留空格）；在图a上画出实验丙中Cr₂O₇^2-的浓度变化曲线．

②测得实验甲和乙溶液中的Cr₂O₇^2-浓度随时间变化关系如图a所示，则实验甲和乙的结果表明

 

；实验甲中0～t₁时间段反应速率v（Cr³⁺）=

 

mol/（L?min） （用含字母的代数式表示）；
（3）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）?Cr³⁺（aq）+3OH^-（aq），常温下，溶度积Ksp[Cr（OH）₃]=1×10^-32，要使c（Cr³⁺）不高于10^-5mol/L，溶液的pH应调至

 

．

Answer 1

考点：化学平衡常数的含义,化学平衡状态的判断,物质的量或浓度随时间的变化曲线,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质

专题：化学平衡专题

分析：（1）化学平衡常数K=

c(Cr2O72-)

c2(CrO42-)．c2(H+)

；酸性条件下，平衡向正反应方向移动，确定溶液颜色；当反应前后改变的物理量不变时，该反应达到平衡状态；
（2）甲、乙相比，溶液的pH不同，则其它各物理量相同；
乙、丙相比，草酸溶液体积不同，则溶液体积、溶液pH都要相同；
①草酸的浓度减小，反应速率降低，反应到达平衡的时间增长，平衡向逆反应方向移动，平衡时Cr₂O₇^2-浓度增大；
②在其他条件相同时，溶液初始pH越小，酸性越强，反应速率越快；v=

△c

△t

；
（3）根据溶度积常数计算溶液中c（OH^-），再根据离子积常数计算溶液的pH．

解答： 解：（1）化学平衡常数K=

c(Cr2O72-)

c2(CrO42-)．c2(H+)

；酸性条件下，平衡向正反应方向移动，则溶液Cr₂O₇^2-浓度增大，则溶液呈橙色；当反应前后改变的物理量不变时，该反应达到平衡状态，所以当反应达到平衡状态时，溶液中各种微粒浓度不变，则溶液的颜色不变，如果Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-的浓度相同、2v（Cr₂O₇^2-）=v（CrO₄^2-）都不能说明该反应达到平衡状态，
故答案为：K=

c(Cr2O72-)

c2(CrO42-)．c2(H+)

；橙；c；
（2）甲、乙相比，溶液的pH不同，则其它各物理量相同，所以废水的体积是60；
乙、丙相比，草酸溶液体积不同，则溶液体积、溶液pH都要相同，所以废水体积为60、蒸馏水体积为35；
故答案为：60；60； 35；
①草酸的浓度减小，反应速率降低，反应到达平衡的时间增长，平衡向逆反应方向移动，平衡时Cr₂O₇^2-浓度增大，所以其图象为，故答案为：；
②在其他条件相同时，溶液初始pH越小，酸性越强，反应速率越快；v=

△c

△t

=2v（Cr₂O₇^2-）=

2(C0-C1)

t1

，
故答案为：在其他条件相同时，溶液初始pH越小，酸性越强，反应速率越快；

2(C0-C1)

t1

；
（3）溶液中c（OH^-）≥

3	Ksp c(Cr3+)

=

3	1×10-32 10-5

mol/L=10^-9 mol/L，则溶液中c（H⁺）≤

10-14

10-9

mol/L，所以溶液的 pH≥5，故答案为：≥5．

点评：本题考查了化学平衡常数的有关计算，涉及探究化学反应速率的影响因素、化学平衡状态的判断、化学平衡常数的有关计算等知识点，根据反应中浓度对反应速率的影响、溶度积常数公式等知识点来分析解答，题目难度中等．