Question

【题目】重铬酸钾(K2Cr2O7)常用作有机合成的氧化剂和催化剂等。由含铬废液(主要含Cr3＋、Fe3＋、K＋、SO42－等)制备K2Cr2O7的流程如图所示。

已知：I.在酸性条件下，H2O2能将Cr2O72－还原为Cr3＋

II.相关金属离子形成氢氧化物沉淀的pH范围：

金属离子	开始沉淀的pH	沉淀完全的pH
Cr3＋	4.9	6.8
Fe3＋	1.5	2.8

回答下列问题：

（1）滤渣②的成分是________________。

（2）写出“氧化”步骤中反应的化学方程式________________。

（3）“加热”操作的目的是________________。

（4）根据平衡移动原理解释酸化至pH＝1的目的是________________(用离子方程式和适当文字说明)。

（5）通过下列实验可测定产品中K2Cr2O7(M＝294g/mol)的纯度：称取重铬酸钾试样1.470g，用100mL容量瓶配制成溶液。移取25.00mL溶液于碘量瓶中，加入适量稀硫酸和足量碘化钾(Cr2O72－的还原产物为Cr3＋)，放于暗处5min。然后加入一定量的水，加入淀粉指示剂，用0.1500mol/LNa2S2O3标准溶液滴定，共消耗标准液36.00mL。滴定时发生的反应的离子方程式为：I2＋2S2O32－＝2I－＋S4O62－。则所测定产品中K2Cr2O7的纯度为________________。

（6）在K2Cr2O7存在下，可利用微生物电化学技术实现含苯酚废水的有效处理，其工作原理如图所示。

①负极的电极反应式为________________；

②一段时间后，中间室NaCl溶液的浓度________________(填“增大”“减小”或“不变”)。

Answer 1

【答案】Fe(OH)3（或氢氧化铁） 2Cr(OH)3+3H2O2+4KOH＝2K2CrO4+8H2O 除去过量的H2O2 2CrO42－+2H+Cr2O72－+H2O，酸化至pH=1，促进该反应平衡正向移动，实现CrO42－转化为Cr2O72－ 72.00%（72%或72.0%也可） C6H5OH+11H2O﹣28e－＝6CO2↑+28H+ 减小

【解析】

含铬废液(主要含Cr3+、Fe3+、K+、SO42-等)制备K2Cr2O7的流程：废液与足量KOH反应生成沉淀Cr(OH)3、Fe(OH)3，过滤得到滤渣①Cr(OH)3、Fe(OH)3混合物，除去K+、SO42-等离子，碱性条件下在滤渣中加入过氧化氢氧化Cr(OH)3生成K2CrO4，过滤除去Fe(OH)3，则滤渣②为Fe(OH)3，得到K2CrO4滤液②，加热除去过量过氧化氢，防止后续加酸时H2O2能将Cr2O72-还原为Cr3+，加酸调pH=1，使K2CrO4溶液转化为K2Cr2O7溶液，蒸发结晶得到K2Cr2O7晶体，以此解答。

(1)根据分析，过滤得到滤渣①Cr(OH)3、Fe(OH)3混合物，“氧化”步骤中加入过氧化氢氧化Cr(OH)3生成K2CrO4，过滤除去Fe(OH)3，滤渣②的成分是Fe(OH)3(或氢氧化铁)；

(2)“氧化”步骤中，碱性条件下，过氧化氢氧化Cr(OH)3生成K2CrO4溶液，结合电子守恒、原子守恒，化学方程式为2Cr(OH)3+3H2O2+4KOH＝2K2CrO4+8H2O；

(3)结合已知信息，在酸性条件下，H2O2能将Cr2O72－还原为Cr3＋，为防止后续“酸化”步骤中H2O2将Cr2O72－还原为Cr3＋而混入杂质，所以酸化前必须除去H2O2，并且H2O2不稳定易分解，通过加热可除去；

(4)由于酸性条件下，CrO42－可转化为Cr2O72－，发生反应为：2CrO42－+2H+Cr2O72－+H2O，酸化至pH=1，促进该反应平衡正向移动，实现CrO42－转化为Cr2O72－；

(5)根据实验步骤可知，用碘化钾将Cr2O72还原成Cr3+，根据电子得失守恒有关系式Cr2O723I2，再用Na2S2O3标准溶液滴定(I2+2S2O32＝2I+S4O62)，所以有关系式Cr2O723I26S2O32，Na2S2O3的物质的量为0.1500mol/L×0.036L=5.4×103mol，所以样品中K2Cr2O7的物质的量×5.4×103mol×=3.6×103mol，样品中K2Cr2O7的纯度为×100%=72.00%；

(6)①根据图示，C6H5OH转化为CO2，则苯酚发生氧化反应、作负极，结合电子守恒和电荷守恒有负极的电极反应式为C6H5OH+11H2O﹣28e－＝6CO2↑+28H+；

②由于电解质NaCl溶液被阳离子交换膜和阴离子交换膜隔离，使Na+和Cl-不能定向移动，所以电池工作时，负极生成的H+透过阳离子交换膜加入NaCl溶液中，正极生成的OH-透过阴离子交换膜进入NaCl溶液中与H+反应生成水，使NaCl溶液浓度减小。