Question

工业废水中常含有一定量的Cr₂O₇^2－和CrO₄^2－，它们会对人类及生态系统产生很大损害，必须进行处理。常用的处理方法有两种。

方法1：还原沉淀法

该法的工艺流程为：CrO₄^2-Cr₂O₇^2-Cr³⁺Cr(OH)₃↓

其中第①步存在平衡：2CrO₄^2－(黄色)+2H^＋Cr₂O₇^2－(橙色)+H₂O

(1)若平衡体系的pH=2，该溶液显色_________。

(2)能说明第①步反应达平衡状态的是___________。

A．Cr₂O₇^2－和CrO₄^2－的浓度相同      B．2v(Cr₂O₇^2－)=v(CrO₄^2－)      C．溶液的颜色不变

(3)第②步中，还原1mol Cr₂O₇^2－离子，需要_________mol的FeSO₄∙7H₂O。

(4)第③步生成的Cr(OH)₃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=c(Cr³⁺)·c³(OH⁻)=10⁻³²，要c(Cr³⁺)降至10⁻⁵mol/L，溶液的pH应调至_________________。

方法2：电解法

该法用Fe做电极电解含Cr₂O₇^2－的酸性废水，随着电解进行，在阴极附近溶液pH升高，产生Cr(OH)₃沉淀。

(5)用Fe做电极的原因为____________。

(6)在阴极附近溶液pH升高的原因是__________(用电极反应解释)，溶液中同时生成的沉淀还有_____________。

Answer

橙 C 6 5 阳极反应为Fe－2e－＝Fe2+，提供还原剂Fe2+ 2H++2e－＝H2↑ Fe(OH)3

【解析】

(1)根据外界条件对平衡的影响来确定平衡移动方向，从而确定溶液颜色变化；

(2)根据判断平衡状态的方法：V正=V逆，或各组分的浓度保持不变则说明已达平衡，也可根据化学平衡状态的特征：逆、定、动、变、等来回答判断；

(3)在氧化还原反应中，化合价升高值=化合价降低值=转移电子数来计算；

(4)根据Ksp=c(Cr3+)•c3(OH-)来计算氢氧根离子离子的浓度，并计算氢离子浓度和pH的大小；

(5)阳极是活性电极时，阳极本身失电子，生成阳离子；

(6)溶液pH升高的原因是溶液中氢离子浓度减少，即氢离子在阴极得电子，pH升高，氢氧根离子浓度增大，离子浓度幂的乘积大于溶度积，所以金属阳离子会生成氢氧化物沉淀。

(1)pH=2说明溶液显酸性，c(H+)增大，平衡2CrO42-(黄色)+2H+⇌Cr2O72-(橙色)+H2O右移，溶液呈橙色，故答案为：橙；

(2)对于平衡：2CrO42-(黄色)+2H+⇌Cr2O72-(橙色)+H2O；

A．Cr2O72-和CrO42-的浓度相同，浓度可能还会发生变化，因此不一定为平衡状态，故A错误；

B．2υ(Cr2O72-)=υ(CrO42-)不能说明正、逆速率相等，不能说明是平衡状态，故B错误；

C．溶液的颜色不变，即有色离子浓度不会变化，说明Cr2O72—和CrO42—的浓度不再发生改变，说明达到了化学平衡状态，故C正确；

故答案为：C；

(3)还原1mol Cr2O72-离子，铬元素化合价从+6价降低到+3价，一共得到电子6mol，亚铁离子被氧化为+3价，应该失去6mol电子，所以还原1mol Cr2O72-离子，需要6mol的FeSO4•7H2O，故答案为：6；

(4)Cr(OH)3的溶度积Ksp=c(Cr3+)•c3(OH-)=10-32，要使c(Cr3+)降至10-5mol/L，则需c(OH-)===10-9mol/L，所以c(H+)=10-5mol/L，即pH=5，故答案为：5；

(5)在电解法除铬中，铁作阳极，阳极反应式为Fe-2e-═Fe2+，以提供还原剂Fe2+，故答案为：阳极反应为Fe-2e-=Fe2+，提供还原剂Fe2+；

(6)在电解池中阳离子在阴极得到电子，在溶液中由于H+得电子的能力强于Fe2+，因此阴极是H+放电，方程式为2H++2e－＝H2↑，随着电解的进行，溶液中的H+浓度逐渐降低，水的电离被促进，OH－浓度逐渐升高。由于Fe2+被Cr2O72—氧化生成Fe3+，当溶液碱性达到一定程度时就会产生Fe(OH)3沉淀，故答案为：2H++2e-=H2↑；Fe(OH)3。