Question

9．铬是人体必需的微量元素，它与脂类代谢有密切联系，但铬过量会引起污染，危害人类健康．
（1）不同价态的铬毒性不同，三价铬对人体几乎无毒，六价铬的毒性约为三价铬的100倍．电镀厂产生的镀铜废水中往往含有一定量的Cr₂O₇^2-，处理该废水常用的流程如图1所示：

Na₂S₂O₃在此过程中表现还原性．若向含Cr³⁺的废水中加入过量NaOH溶液，会得到NaCrO₂溶液，NaCrO₂中Cr元素的化合价为+3价，反应的离子方程式为Cr³⁺+4OH^-=CrO₂^-+2H₂O．
（2）交警常用一种“酒精检测仪”检测司机是否酒后驾车．其反应原理如下，请配平该反应方程式：2CrO₃+3CH₃CH₂OH+3H₂SO₄-1CH₃CHO+3Cr₂（SO₄）₃+6H₂O
（3）已知存在平衡：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O．向K₂Cr₂O₇溶液中加入Ba（NO₃）₂和Pb（NO₃）₂溶液，可析出BaCrO₄和PbCrO₄两种沉淀，反应的离子方程式为Cr₂O₇^2-+H₂O+2Ba²⁺=2BaCrO₄↓+2H⁺（任意写出其中一种即可）．
此时溶液中c（Pb²⁺）：c（Ba²⁺）=2.2×10^-3．
已知Ksp（BaCrO₄）=1.25×10^-10；Ksp（PbCrO₄）=2.75×10^-13
（4）工业上以铬酸钾（K₂CrO₄）为原料，采用电化学法制备K₂Cr₂O₇，制备装置如图2所示（阳离子交换膜只允许阳离子透过）．通电后阳极的电极反应式为2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺（或4OH^ˉ-4e^-=O₂↑+2H₂O）．请结合方程式解释反应一段时间后，在阴极室得到浓KOH溶液的原因阴极室发生反应2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^ˉ，c（OH^ˉ）增大；K⁺穿过阳离子交换膜进入阴极室，与OH^ˉ共同得到KOH．

Answer 1

分析 （1）Na₂S₂O₃与六价铬发生氧化还原反应将六价的还原成+3价，所以Na₂S₂O₃是还原剂，NaCrO₂中Cr元素的化合价为+3价，向含Cr³⁺的废水中加入过量NaOH溶液，反应方程式为：Cr³⁺+4OH^-=CrO₂^-+2H₂O；
（2）该反应中Cr元素化合价由+6价变为+3价，C₂H₅OH中C元素化合价由-2价变为-1价，得电子的化合价降低的反应物是氧化剂、失电子化合价升高的反应物是还原剂，其转移电子总数为6，根据转移电子相等、原子守恒配平方程式；
（3）加入Ba（NO₃）₂和Pb（NO₃）₂溶液，平衡：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O向逆反应方向移动，所以反应的离子方程式为Cr₂O₇^2-+H₂O+2Ba²⁺=2BaCrO₄↓+2H⁺（或Cr₂O₇^2-+H₂O+2Pb²⁺=2PbCrO₄↓+2H⁺，$\frac{c（P{b}^{2+}）}{c（B{a}^{2+}）}$=$\frac{{K}_{sp}（PbCr{O}_{4}）}{{K}_{sp}（BaCr{O}_{4}）}$，由此分析解答；
（4）阳极发生氧化反应，电极反应式为：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺（或4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，阴极室发生反应2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，c（OH^-）增大；K⁺穿过阳离子交换膜进入阴极室．

解答 解：（1）Na₂S₂O₃与六价铬发生氧化还原反应将六价的还原成+3价，所以Na₂S₂O₃是还原剂，NaCrO₂中Cr元素的化合价为+3价，向含Cr³⁺的废水中加入过量NaOH溶液，反应方程式为：Cr³⁺+4OH^-=CrO₂^-+2H₂O，故答案为：还原；+3；Cr³⁺+4OH^-=CrO₂^-+2H₂O；
（2）该反应中Cr元素化合价由+6价变为+3价，C₂H₅OH中C元素化合价由-2价变为-1价，转移电子总数为6，根据转移电子相等知，CrO₃的计量数是2，C₂H₅OH的计量数是3，再结合原子守恒配平方程式为：2CrO₃+3C₂H₅OH+3H₂SO₄=Cr₂（SO₄）₃+3CH₃CHO+6H₂O，
故答案为：2；3；3；1；3；6；
（3）加入Ba（NO₃）₂和Pb（NO₃）₂溶液，平衡：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O向逆反应方向移动，所以反应的离子方程式为Cr₂O₇^2-+H₂O+2Ba²⁺=2BaCrO₄↓+2H⁺（或Cr₂O₇^2-+H₂O+2Pb²⁺=2PbCrO₄↓+2H⁺，$\frac{c（P{b}^{2+}）}{c（B{a}^{2+}）}$=$\frac{{K}_{sp}（PbCr{O}_{4}）}{{K}_{sp}（BaCr{O}_{4}）}$=$\frac{2.75×1{0}^{-13}}{1.25×1{0}^{-10}}$=2.2×10^-3，
故答案为：Cr₂O₇^2-+H₂O+2Ba²⁺=2BaCrO₄↓+2H⁺；2.2×10^-3；
（4）阳极发生氧化反应，电极反应式为：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺（或4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，阴极室发生反应2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，c（OH^-）增大；K⁺穿过阳离子交换膜进入阴极室，
故答案为：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺（或4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O）；阴极室发生反应2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，c（OH^-）增大；K⁺穿过阳离子交换膜进入阴极室，与OH^-共同得到KOH．

点评 本题考查了物质分离与提纯方法及其综合应用用，题目难度中等，涉及难溶电解质的溶解平衡、氧化还原反应的计算以及化学方程式的书写、沉淀溶解平衡的理解与计算等知识，明确实验目的及实验原理为解答关键，试题培养了学生的分析、理解能力及化学实验能力．