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的傷害，必須進行處理。該法的工藝流程為

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，則溶液顯           色。
（2）能說明第①步反應達平衡狀態的是     。（選填編號）

A．Cr2O72—和CrO42—的濃度相同	B．v正(Cr2O72—) ="2v" 逆(CrO42—)
C．溶液的顏色不變	D．溶液的pH值不變

（3）寫出第②步中Cr₂O₇^2－轉變為Cr^3＋的離子方程式：                           。
（4）向Cr₂(SO₄)₃溶液中，滴加NaOH，當pH＝4.6時，開始出現Cr(OH)₃沉淀，隨著pH的升高，沉淀增多，但當pH≥13時，沉淀消失，出現亮綠色的[Cr(OH)₄]^－離子。其平衡關系如下：

現向0.05mol·L^－1的Cr₂(SO₄)₃溶液50mL中，加入等體積0.6 mol·L^－1的NaOH溶液，充分反應后，溶液中可觀察到的現象為      ，溶液中離子濃度由大到小的順序為       。
（5）在Na[Cr(OH)₄]和Na₂Cr₂O₇混合后的溶液中加入H₂SO₄酸化，鉻元素以             形式存在（填寫離子符號）。

Answer 1

（1）橙
（2）C D
（3）Cr₂O₇^2－＋6Fe^2＋＋14H^＋→2Cr^3＋＋6Fe^3＋＋7H₂O
（4）溶液由紫色變為亮綠色； c(Na⁺)＞c(OH^--)＞c(SO₄^2--)＞c([Cr(OH)₄]^－)＞c(H⁺) 。
（5）Cr³⁺、Cr₂O₇^2— 。

解析試題分析：
（1）第①步存在平衡：2CrO₄^2—（黃色）+2H⁺Cr₂O₇^2—（橙色）+H₂O，當平衡體系的pH=2，溶液顯酸性，平衡正向移動，所以c(Cr₂O₇^2—)較大，則溶液顯橙色。
（2）當反應達到平衡狀態時，任何微粒的濃度都保持不變。對每種微粒來說消耗的濃度與產生的濃度相等，即V（正）=V（逆）。溶液的顏色不變，溶液的pH不變，v_正(Cr₂O₇^2—) ="1/2v" _逆(CrO₄^2—).但不同的微粒的濃度可能相等，也可能不等。因此能說明第①步反應達平衡狀態的是C、D。
（3）根據電荷守恒、原子守恒及電子守恒定律可知：第②步中Cr₂O₇^2－轉變為Cr^3＋的離子方程式為Cr₂O₇^2－＋6Fe^2＋＋14H^＋→2Cr^3＋＋6Fe^3＋＋7H₂O。
（4）現向0.05mol·L^－1的Cr₂(SO₄)₃溶液50mL中，加入等體積0.6 mol·L^－1的NaOH溶液時，c(Cr³⁺)="0." 1mol/L,n(Cr³⁺)="0.005mol" ,c(OH^-)=0.3mol/L,溶液的pH>4.6所以會發生反應Cr³⁺+3OH^-=Cr(OH)₃↓, 反應消耗OH^-的物質的量為0.015mol，剩余OH^-的物質的量為0.3mol/L×0.1L- 0.015mol=0.015mol，c(OH^-)="0.015mol" ÷0.1L=0.15mol/L.大于pH=13時的c(OH^-)。所以會再發生 Cr(OH)₃+ H₂O=H⁺+ [Cr(OH)₄]^2-。因此溶液呈亮綠色。即溶液的顏色由紫色變為亮綠色。c(SO₄^2-)=0.075mol/L,n(Na⁺)="0.3mol/L," c(OH^--)=(0.03mol－4×0.005mol)÷0.1L="0.1mol/L" , c(H⁺)=Kw÷c(OH^--)=10^-14÷0.1=10^-13mol/L,   c([Cr(OH)₄]^－)=" 0.05mol/L" 。所以溶液中離子濃度由大到小的順序為c(Na⁺)＞c(OH^--)＞c(SO₄^2--)＞c([Cr(OH)₄]^－)＞c(H⁺)。
（5）在Na[Cr(OH)₄] 溶液中加入H₂SO₄酸化由關系式可知鉻元素以Cr³⁺形式存在；在Na₂Cr₂O₇的溶液中加入H₂SO₄酸化，由：2CrO₄^2—（黃色）+2H⁺Cr₂O₇^2—（橙色）+H₂O知鉻元素以Cr₂O₇^2—存在。所以在Na[Cr(OH)₄]和Na₂Cr₂O₇混合后的溶液中加入H₂SO₄酸化，鉻元素以Cr³⁺、Cr₂O₇^2— 形式存在。
考點：考查化學平衡狀態的判斷、平衡移動、離子濃度的大小比較、離子方程式的書寫的知識。