Question

工業廢水中常含有一定量的Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-，它們會對人類及生態系統產生很大損害，必須進行處理。常用的處理方法有兩種。
方法1：還原沉淀法。該法的工藝流程為CrO₄^2-Cr₂O₇^2-Cr^3＋Cr(OH)₃↓
其中第①步存在平衡：2CrO₄^2- (黃色)＋2H^＋Cr₂O₇^2- (橙色)＋H₂O
（1）若平衡體系的pH=2，該溶液顯________色。
（2）能說明第①步反應達平衡狀態的是__________。
a．Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-的濃度相同 
b．2v(Cr₂O₇^2-)=v(CrO₄^2-) 
c．溶液的顏色不變
（3）第②步中，還原1 mol Cr₂O₇^2-離子，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) Cr^3＋(aq)＋3OH^－(aq)，常溫下，Cr(OH)₃的溶度積K_sp=c(Cr^3＋)·c³(OH^－)=10^－32，要使c(Cr^3＋)降至10^－5mol/L，溶液的pH應調至_______。
方法2：電解法。該法用Fe做電極電解含Cr₂O₇^2-的酸性廢水，隨著電解進行，在陰極附近溶液pH升高，產生Cr(OH)₃沉淀。
（5）用Fe做電極的原因為__________________。
（6）在陰極附近溶液pH升高的原因是(用電極反應解釋)_________________________________。溶液中同時生成的沉淀還有__________。

Answer 1

（11分）（1）橙　（1分）（2）c　 （1分） （3）6　 （2分）（4）5  （2分）
（5）陽極反應為Fe－2e^－＝Fe^2＋，提供還原劑Fe^2＋ 2分 （6）2H^＋＋2e^－＝H₂↑　，Fe(OH)₃     （3分）

解析試題分析：（1）若平衡體系的pH＝2，這說明溶液顯酸性，氫離子濃度增大，因此平衡正反應方向移動，所以該溶液顯橙色。
（2）在一定條件下，當可逆反應的正反應速率和逆反應速率相等時（但不為0），反應體系中各種物質的濃度或含量不再發生變化的狀態，稱為化學平衡狀態。平衡時各種物質的濃度不再發生變化，但各種物質的濃度之間不一定滿足某種關系，a不能說明；速率之比是相應的化學計量數之比，因此b中的關系始終是成立，不能說明，b不正確；顏色的深淺和濃度有關系，因此當溶液有色不再發生變化時，可以說明反應達到平衡狀態，c正確，答案選c。
（3）在反應②中Cr元素的化合價從＋6價降低到＋3價，得到3個電子。鐵元素的化合價從＋2價升高到＋3價，上去1個電子，則根據電子得失守恒可知n（Cr₂O₇^2-）×6＝n（FeSO₄?7H₂O）×1，解得n（FeSO₄?7H₂O）＝6mol。
（4）根據溶度積常數的表達式Ksp＝c(Cr³⁺)·c³(OH^—)＝10^-32可知，當溶液中c（Cr³⁺）＝10^-5mol/L時，溶液的c（OH^-）＝＝10^-9 mol/L，因此c（H⁺）＝＝10^-5mol/L，所以pH＝5，即要使c（Cr³⁺）降至10^-5mol/L，溶液的pH應調至5。
（5） Cr₂O₇^2—要生成Cr(OH)₃沉淀，必需有還原劑，而鐵做電極時，在陽極上可以失去電子產生Fe²⁺，電極反應式為Fe－2e^－＝Fe²⁺。
（6）在電解池中陽離子在陰極得到電子，在溶液中由于H⁺得電子得能力強于Fe²⁺的，因此陰極是H⁺放電，電極反應式為2H⁺+2e^－＝H₂↑。隨著電解的進行，溶液中的H⁺濃度逐漸降低，水的電離被促進，OH^－濃度逐漸升高。由于Fe²⁺被Cr₂O₇^2—氧化生成Fe³⁺，當溶液堿性達到一定程度時就會產生Fe(OH)₃沉淀。
考點：考查外界條件對平衡狀態的影響、可逆反應平衡狀態的判斷、氧化還原反應的有關計算、溶度積常數的有關計算以及電化學原理的應用和電極反應式的書寫等
點評：該題是中等難度的試題，也是高考中的常見題型和考點。試題綜合性強，難易適中，側重對學生能力的培養和解題方法的指導與訓練，有助于培養學生的邏輯推理能力和發散思維能力。注意相關知識的積累和總結，并能靈活運用即可。