Question

15．環(huán)境中常見(jiàn)的重金屬污染物有：汞、鉛、錳、鉻、鎘．處理工業(yè)廢水中含有的Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-，常用的方法為還原沉淀法，該法的工藝流程為：
CrO₄^2-$\underset{\stackrel{{H}^{+}}{→}}{①轉(zhuǎn)化}$Cr₂O₇^2-$\underset{\stackrel{F{e}^{2+}}{→}}{②還原}$Cr³⁺$\underset{\stackrel{O{H}^{-}}{→}}{③沉淀}$Cr（OH）₃↓
其中第①步存在平衡：2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O．
（1）寫出第①步反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}）}{{c}^{2}（Cr{{O}_{4}}^{2-}）．{c}^{2}（{H}^{+}）}$
（2）關(guān)于第①步反應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是AC
A．通過(guò)測(cè)定溶液的pH可以判斷反應(yīng)是否已達(dá)到平衡狀態(tài)
B．該反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)
C．強(qiáng)酸性環(huán)境，溶液的顏色為橙色
（3）第②步中，還原0.2mol Cr₂O₇^2-，需要1.2mol mol的FeSO₄•7H₂O．
（4）第③步除生成Cr（OH）₃外，還可能生成的沉淀為Fe（OH）₃．在溶液中存在以下沉淀溶解平衡：Cr（OH）₃（s）?Cr³⁺（aq）+3OH^-（aq），常溫下，Cr（OH）₃的溶度積K_sp=10^-32，當(dāng)c（Cr³⁺）降至10^-5 mol/L，認(rèn)為c（Cr³⁺）已經(jīng)完全沉淀，現(xiàn)將第③步溶液的pH調(diào)至4，請(qǐng)通過(guò)計(jì)算說(shuō)明Cr³⁺是否沉淀完全（請(qǐng)寫出計(jì)算過(guò)程）：
當(dāng)pH調(diào)至4時(shí)，c（OH^-）=10^-10mol•L^-1，c（Cr³⁺）=$\frac{Ksp[Cr（OH）_{3}]}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=10^-2mol•L^-1＞10^-5mol•L^-1，因此Cr³⁺沒(méi)有沉淀完全．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}）}{{c}^{2}（Cr{{O}_{4}}^{2-}）．{c}^{2}（{H}^{+}）}$；
（2）根據(jù)判斷平衡狀態(tài)的方法：V_正=V_逆，或各組分的濃度保持不變則說(shuō)明已達(dá)平衡，也可根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征：逆、定、動(dòng)、變、等來(lái)回答判斷；
（3）根據(jù)已知的反應(yīng)物和生成物，結(jié)合元素守恒及電荷守恒書(shū)寫離子方程式；根據(jù)得失電子守恒來(lái)計(jì)算；
（4）根據(jù)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的分析判斷離子種類，得出產(chǎn)物；根據(jù)溶度積常數(shù)計(jì)算，確定溶液中離子是否沉淀完全；

解答 解：（1）反應(yīng)2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}）}{{c}^{2}（Cr{{O}_{4}}^{2-}）．{c}^{2}（{H}^{+}）}$，故答案為：K=$\frac{c（C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}）}{{c}^{2}（Cr{{O}_{4}}^{2-}）．{c}^{2}（{H}^{+}）}$；
（2）A．溶液的pH值不變，即溶液的酸性不變，氫離子濃度不變，達(dá)到了化學(xué)平衡狀態(tài)，故A正確；
B．只要反應(yīng)發(fā)生就是非氧化還原反應(yīng)，不能作平衡狀態(tài)的標(biāo)志，故B錯(cuò)誤；
C．強(qiáng)酸性環(huán)境，溶液的顏色為橙色，說(shuō)明Cr₂O₇^2-的濃度不變，達(dá)平衡狀態(tài)，故C正確；
故選：AC；
（3）第②步中Cr₂O₇^2-與Fe²⁺反應(yīng)生成Fe³⁺和Cr³⁺，其反應(yīng)的離子方程式為：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O；根據(jù)電子得失守恒可知，還原1molCr₂O₇^2-離子得到Cr³⁺，得電子為2×（6-3）=6mol，需要FeSO₄•7H₂O的物質(zhì)的量為6÷（3-2）=6mol，所以還原0.2mol Cr₂O₇^2-，需要1.2mol的FeSO₄•7H₂O，故答案為：1.2；
（4）根據(jù)分析③當(dāng)Cr₂O₇^2-→2Cr³⁺變化時(shí)，溶液中產(chǎn)生了Cr³⁺的同時(shí)，又發(fā)生了Fe²⁺→Fe³⁺的過(guò)程 溶液中又產(chǎn)生了Fe³⁺，因此加入OH^-又有Fe（OH）₃生成；根據(jù)溶度積常數(shù)的計(jì)算，結(jié)合Cr（OH）₃（s）?Cr³⁺（aq）+3OH（aq），當(dāng)溶液的pH值調(diào)至4時(shí)，c（OH^-）=1×10^-10，常溫下，Cr（OH）₃的溶度積K _sp=10^-32，Ksp（Cr（OH）₃）=c³（OH）•c（Cr³⁺），c（Cr³⁺）=$\frac{Ksp[Cr（OH）_{3}]}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=$\frac{1{0}^{-32}}{1{0}^{-30}}$=10^-2mol/L＞10^-5 mol/L，
故答案為：Fe（OH）₃；當(dāng)pH調(diào)至4時(shí)，c（OH^-）=10^-10 mol•L^-1，c（Cr³⁺）=$\frac{Ksp[Cr（OH）_{3}]}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=10^-2 mol•L^-1＞10^-5 mol•L^-1，因此Cr³⁺沒(méi)有沉淀完全．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查了化學(xué)平衡原理、氧化還原反應(yīng)、離子方程式的書(shū)寫、沉淀溶解平衡和Ksp的有關(guān)計(jì)算等內(nèi)容，側(cè)重于反應(yīng)原理的應(yīng)用的考查，分析時(shí)要根據(jù)題給信息，結(jié)合相關(guān)原理進(jìn)行解答，題目難度中等．