Question

环境中常见的重金属污染物有：汞、铅、锰、铬、镉。处理工业废水中含有的Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-，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2CrO₄^2-（黄色）＋2H^＋Cr₂O₇^2-（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0.1 mol Cr₂O₇^2-，需要________mol的FeSO₄·7H₂O。

（4）第③步除生成Cr（OH）₃外，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）Cr^3＋（aq）＋3OH^－（aq），常温下，Cr（OH）₃的溶度积K_sp＝10^－32，当c（Cr^3＋）降至10^－5 mol·L^－1时，认为c（Cr^3＋）已经完全沉淀，现将第③步溶液的pH调至4，请通过计算说明Cr^3＋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Cr₂O₇^2-的废水，电解时阳极反应式为________，阴极反应式为________，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）K＝

（2）AC

（3）0.6

（4）Fe（OH）3 当pH调至4时，c（OH－）＝10－10 mol·L－1，c（Cr3＋）＝10－32/c3（OH－）＝10－2 mol·L－1＞10－5 mol·L－1，因此Cr3＋没有沉淀完全

（5）Fe－2e－=Fe2＋ 2H＋＋2e－=H2↑ 阳极生成的金属阳离子向阴极移动，阴极反应消耗了H＋，打破了水的电离平衡，促进了水的电离，使溶液中OH－的浓度增大，溶液逐渐呈碱性

【解析】（1）稀溶液中H2O的浓度可视为常数，故第①步反应的平衡常数表达式为K＝c（Cr2O72-）/[c2（CrO42-）·c2（H＋）]。（2）由反应①可知，平衡发生移动，溶液的pH发生变化，故pH不变时说明反应达到平衡，A项正确；CrO42-和Cr2O72-中Cr均为＋6价，该反应不是氧化还原反应，B项错误；在酸性环境中，溶液中c（Cr2O72-）较大，溶液呈橙色，C项正确。（3）在第②步反应中Cr2O72-被还原为Cr3＋，0.1 mol Cr2O72-被还原时转移电子的物质的量为0.1 mol×2×（6－3）＝0.6 mol，而还原剂Fe2＋被氧化为Fe3＋，故需要消耗0.6 mol FeSO4·7H2O。（4）在第②步反应中Fe2＋被氧化为Fe3＋，故第③步还有Fe（OH）3生成。（5）电解池的阳极发生氧化反应，Fe作阳极，则Fe电极本身被氧化，故阳极反应式为Fe－2e－=Fe2＋；阴极则是电解质溶液中的H＋得电子，发生还原反应生成氢气，故阴极反应式为2H＋＋2e－=H2↑；阳极生成的金属阳离子移向阴极，而阴极反应消耗了H＋，打破了水的电离平衡，促进了水的电离，使溶液中的OH－浓度增大，溶液逐渐呈碱性，从而使金属阳离子在阴极区形成沉淀。