Question

环境中常见的重金属污染有：汞、铅、锰、铬、镉．处理工业废水中常含有的Cr₂O₇^2-和CrO

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离子，常用的方法有两种．
方法1：还原沉淀法
该法的工艺流程为：

其中第①步存在平衡：2CrO

2- 4

（黄色）+2H⁺?Cr₂O

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（橙色）+H₂O
（1）写出第①步反应的平衡常数表达式

 

．
（2）关于第①步反应，下列说法正确的是

 

．
A．通过测定溶液的pH值可以判断反应是否已达平衡状态
B．该反应为氧化还原反应
C．强酸性环境，溶液的颜色为橙色
（3）第②步中，还原0.1mol Cr₂O

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离子，需要

 

mol的FeSO₄?7H₂O．
（4）第③步除生成的Cr（OH）₃，还可能生成的沉淀为

 

．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，Cr（OH）₃的溶度积K _sp=10^-32，当c（Cr³⁺）降至10^-5 mol/L，认为c（Cr³⁺）已经完全沉淀，现将第③步溶液的pH值调至4，请通过计算说明Cr³⁺是否沉淀完全（请写出计算过程）

 

．
方法2：电解法
（5）实验室利用如图装置模拟电解法处理含Cr₂O

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的废水，电解时阳极反应式为

 

，阴极区反应式为

 

，得到的金属阳离子在阴极区可沉淀完全，从水的电离平衡角度解释其原因是

 

．

Answer 1

分析：（1）根据化学平衡常数表达式的概念解决；
（2）根据平衡装状态判断标准；氧化还原反应的概念；化学平衡的移动，结合题意解决；
（3）根据氧化还原反应的计算解决；
（4）根据化学反应过程的分析判断离子种类，得出产物；根据溶度积常数计算，确定溶液中离子是否沉淀完全；
（5）根据电解池阴、阳两极微粒的放电顺序解决；结合阴阳两极的放电引起的溶液中离子变化解决．

解答：解：（1）根据平衡常数表达式的概念，结合方程式2CrO₄^2-（黄色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O可知，K=

c  ( Cr2 O 2- 7  )

c 2 ( CrO 2- 4  ) ? c 2 ( H+ )

，
故答案为：K=

c(Cr2O 2- 7 )

c2 ( CrO 2- 4 ) ? c2 ( H+)

；
（2）A_? 根据化学平衡状态的判断标准，结合可逆反应方程式2CrO₄^2-（黄色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O，随着反应的进行，溶液中c（H⁺）逐渐减小，当溶液中c（H⁺）保持不变时，即到达平衡状态，此时，溶液的pH不变，故A正确；
B_? 根据氧化反应的概念，一个反应中有元素化合价升降的，就为氧化还原反应，而此选项中，只有化合价的升高，没有化合价降低的元素，因此次变化是一个氧化还原反应中氧化过程，不是一个完整的氧化还原反应，故B错误；
C_? 根据影响化学平衡移动的条件，结合题意，强酸环境下，相当于增加了c（H⁺）的浓度，反应2CrO₄^2-（黄色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O向正向移动，即溶液颜色为橙色．故C正确，
故答案为：AC；
（3）根据氧化还原反应的计算，氧化剂得到的电子总数与还原剂失去电子总数相等．根据Cr₂O₇^2-→2Cr³⁺，1molCr₂O₇^2-被还原得到6mol电子，现在有0.1molCr₂O₇^2-被还原被还原，需得到0.6mol电子，0.6mol电子将有Fe²⁺失去变成Fe³⁺，1molFe²⁺变成Fe³⁺，将失去1mol电子，现在失去0.6mol电子，需要0.6mol FeSO₄?7H₂O，
故答案为：0.6；
（4）根据分析（3）当Cr₂O

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→2Cr³⁺变化时，溶液中产生了Cr³⁺的同时，又发生了Fe²⁺→Fe³⁺的过程 溶液中又产生了Fe³⁺，因此加入OH^-又有Fe（OH）₃生成．故答案为Fe（OH）₃；根据溶度积常数的计算，结合Cr（OH）₃（s）?Cr³⁺（aq）+3OH（aq），当溶液的pH值调至4时，c（OH^-）=1×10^-10，常温下，Cr（OH）₃的溶度积K _sp=10^-32，Ksp（Cr（OH）₃）=c³（OH）?c（Cr³⁺），c（Cr³⁺）=

Ksp(Cr(OH)3)

c3(OH-)

=

10-32

103×-10

=10^-2mol/L＞10^-5 mol/L，
故答案为：若pH值调整至4时已形成部分沉淀；
（5）根据电解池阴阳两极的放电顺序，金属单质做阳极时，金属优先失电子，次电解池阳极是铁，故阳极反应为：Fe-2e^-=Fe²⁺；阴极的放电顺序与金属活动性顺序相反，在K₂Cr₂O₇、H₂SO₄的溶液中，含有的阳离子有：K⁺、H⁺，H⁺的放电能力比K⁺的强，因此阴极上是H⁺离子放电，H⁺浓度减小促进了水的电离平衡，使水向电离的方向移动，OH^-离子的浓度增大，碱性增强，使得到的金属阳离子在阴极区可沉淀完全，
故答案为：2H⁺+2e^-=H₂↑；由于阴极发生2H⁺+2e^-=H₂↑；阴极反应消耗了H⁺，打破了水的电离平衡，促进了水的电离，是溶液中OH^-的浓度增大，溶液逐渐呈碱性．

点评：本题是一道综合题，集中考查了难溶物的溶解平衡、利用溶度积常数的计算、溶解平衡的移动、电解原理等知识点，综合性较强，很容易出错，特别是简答题，如何将学到的知识组织成答案是关键．