Question

20．重铬酸钾又名红矾钾，是化学实验室中的一种重要分析试剂．工业上以铬酸钾（K₂CrO₄）为原料，采用电化学法制备重铬酸钾（K₂Cr₂O₇）．制备装置如图所示（阳离子交换膜只允许阳离子透过）：
制备原理：2CrO₄^2-（黄色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O
（1）制备过程总的离子方程式可表示为4CrO₄^2-+4H₂O═2Cr₂O₇^2-+4OH^-+2H₂↑+O₂↑，通电后阳极室产生的现象为阳极产生无色气体，溶液由黄色逐渐变为橙色，其电极反应式是4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O 或2H₂O-4e^-=O₂↑+4 H⁺．
（2）若实验开始时在右室中加入0.2mol K₂CrO₄，t分钟后测得右室中K与Cr的物质的量之比为3：2，则溶液中K₂CrO₄和K₂Cr₂O₇的物质的量之比为2：1．

Answer 1

分析 （1）电解时，阳极上OH^-放电生成生成O₂，同时阳极附近有H⁺生成，导致溶液呈酸性，酸性条件下发生反应2CrO₄^2-（黄色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O，导致溶液由黄色转化为橙色；
（2）电解过程中阳极附近有氢离子生成，左室中的钾离子通过阳离子交换膜进入右室，导致右室中钾原子物质的量增大，根据Cr原子守恒进行计算．

解答 解：（1）电解时，阳极上OH^-放电生成生成O₂，电极反应式为4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O 或2H₂O-4e^-=O₂↑+4 H⁺；同时阳极附近有H⁺生成，导致溶液呈酸性，酸性条件下发生反应2CrO₄^2-（黄色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O，导致溶液由黄色转化为橙色，所以看到的现象是阳极产生无色气体，溶液由黄色逐渐变为橙色，
故答案为：阳极产生无色气体，溶液由黄色逐渐变为橙色；4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O 或2H₂O-4e^-=O₂↑+4 H⁺；
（2）电解过程中阳极附近有氢离子生成，左室中的钾离子通过阳离子交换膜进入右室，导致右室中钾原子物质的量增大，开始时在右室中加入0.2mol K₂CrO₄，t分钟后测得右室中K与Cr的物质的量之比为3：2，根据Cr原子守恒知，则t分钟后K、Cr的物质的量分别是0.3mol、0.2mol，
设溶液中K₂CrO₄和K₂Cr₂O₇的物质的量分别是xmol、ymol，
则$\left\{\begin{array}{l}{2x+2y=0.3}\\{x+2y=0.2}\end{array}\right.$
解得$\left\{\begin{array}{l}{x=0.1}\\{y=0.05}\end{array}\right.$，
所以溶液中K₂CrO₄和K₂Cr₂O₇的物质的量之比=0.1mol：0.05mol=2：1，
故答案为：2：1．

点评 本题以电解原理为载体考查化学平衡影响因素、物质的量的计算，为高频考点，明确各个电极上发生的反应是解本题关键，知道电解质溶液中离子移动方向，题目难度不大．