Question

環(huán)境中常見的重金屬污染物有：汞、鉛、錳、鉻、鎘。處理工業(yè)廢水中含有的Cr2O72-和CrO42-，常用的方法有兩種。

方法1　還原沉淀法

該法的工藝流程為。

其中第①步存在平衡2CrO42-（黃色）＋2H＋Cr2O72-（橙色）＋H2O。

（1）寫出第①步反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式_________________________________。

（2）關(guān)于第①步反應(yīng)，下列說法正確的是________。

A．通過測定溶液的pH可以判斷反應(yīng)是否已達(dá)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0.1 mol Cr2O72-，需要________mol的FeSO4·7H2O。

（4）第③步除生成Cr（OH）3外，還可能生成的沉淀為________。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Ksp＝10－32，當(dāng)c（Cr3＋）降至10－5 mol·L－1時，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，請通過計(jì)算說明Cr3＋是否沉淀完全（請寫出計(jì)算過程）：____________________________________________________________________________。

方法2　電解法

（5）實(shí)驗(yàn)室利用如圖裝置模擬電解法處理含Cr2O72-的廢水，電解時陽極反應(yīng)式為________，陰極反應(yīng)式為________，得到的金屬陽離子在陰極區(qū)可沉淀完全，從水的電離平衡角度解釋其原因是___________________________________________________________。

 

 

Answer 1

（1）K＝

（2）AC

（3）0.6

（4）Fe（OH）3　當(dāng)pH調(diào)至4時，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＋沒有沉淀完全

（5）Fe－2e－=Fe2＋　2H＋＋2e－=H2↑　陽極生成的金屬陽離子向陰極移動，陰極反應(yīng)消耗了H＋，打破了水的電離平衡，促進(jìn)了水的電離，使溶液中OH－的濃度增大，溶液逐漸呈堿性

【解析】（1）稀溶液中H2O的濃度可視為常數(shù)，故第①步反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K＝c（Cr2O72-）/[c2（CrO42-）·c2（H＋）]。（2）由反應(yīng)①可知，平衡發(fā)生移動，溶液的pH發(fā)生變化，故pH不變時說明反應(yīng)達(dá)到平衡，A項(xiàng)正確；CrO42-和Cr2O72-中Cr均為＋6價，該反應(yīng)不是氧化還原反應(yīng)，B項(xiàng)錯誤；在酸性環(huán)境中，溶液中c（Cr2O72-）較大，溶液呈橙色，C項(xiàng)正確。（3）在第②步反應(yīng)中Cr2O72-被還原為Cr3＋，0.1 mol Cr2O72-被還原時轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.1 mol×2×（6－3）＝0.6 mol，而還原劑Fe2＋被氧化為Fe3＋，故需要消耗0.6 mol FeSO4·7H2O。（4）在第②步反應(yīng)中Fe2＋被氧化為Fe3＋，故第③步還有Fe（OH）3生成。（5）電解池的陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，Fe作陽極，則Fe電極本身被氧化，故陽極反應(yīng)式為Fe－2e－=Fe2＋；陰極則是電解質(zhì)溶液中的H＋得電子，發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣，故陰極反應(yīng)式為2H＋＋2e－=H2↑；陽極生成的金屬陽離子移向陰極，而陰極反應(yīng)消耗了H＋，打破了水的電離平衡，促進(jìn)了水的電離，使溶液中的OH－濃度增大，溶液逐漸呈堿性，從而使金屬陽離子在陰極區(qū)形成沉淀。