Question

20．電鍍、制革等行業(yè)排放的含鉻廢水和污泥是重要的環(huán)境污染源．請回答下面問題：
（1）已知加酸可以使CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O
①升高溫度，溶液中CrO₄^2-的平衡轉(zhuǎn)化率減小，則該反應的△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．若要加快反應速率且提高CrO₄^2-的轉(zhuǎn)化率可采用的措施為b．
a．用合適的催化劑       b．增加溶液的酸性      c．降低溫度             d．加入碳酸鈉溶液
②若常溫下pH=1的溶液中Cr₂O₇^2-濃度為a mol•L^-1，Cr₂O₇^2-濃度是CrO₄^2-濃度的10倍，該反應的平衡常數(shù)K=$\frac{1{0}^{4}}{a}$（用含a的代數(shù)式表示）．
（2）如圖是某工廠對污泥中鉻元素的回收與再利用的工藝流程圖（其中硫酸浸取液中的金屬離子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺和Mg²⁺）：

部分陽離子常溫下以氫氧化物形式沉淀完全時溶液的pH為：Fe³⁺：3.2；  Mg²⁺：11.1；Al³⁺：8； Cr³⁺：5．
①H₂O₂的作用是將+3價Cr氧化成+6價Cr．
②鈉離子交換樹脂的反應原理為Mⁿ⁺+nNaR→MR_n+nNa⁺，利用鈉離子交換樹脂可除去濾液Ⅱ中的金屬陽離子是Ca²⁺、Mg²⁺．
（3）某工廠的酸性廢水中含Cr₂O₇^2-會造成鉻污染，排放前先將Cr₂O₇^2-還原成Cr³⁺，并轉(zhuǎn)化成Cr（OH）₃除去，工廠采用的方法是向廢水中加入少量NaCl，分別以鐵和石墨為電極進行電解，溶液的pH不斷升高，溶液由酸性轉(zhuǎn)變?yōu)閴A性． 在此處理過程中，鐵電極連接電源的正極（填“正極”、“負極”），Cr₂O₇^2-轉(zhuǎn)化為毒性較低的Cr³⁺的離子方程式為Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O．在陰極區(qū)有Fe（OH）₃和Cr（OH）₃沉淀生成．電解后的溶液中c（Cr³⁺）為3×10^-5mol•L^-1，則溶液中c（Fe³⁺）為2×10^-12mol•L^-1．（已知K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，K_sp[Cr（OH）₃]=6.0×10^-31）

Answer 1

分析 （1）①升高溫度，溶液中CrO₄^2-的平衡轉(zhuǎn)化率減小，說明平衡逆向移動，若要加快反應速率且提高CrO₄^2-的轉(zhuǎn)化率，應增大氫離子濃度；
②根據(jù)K=$\frac{c（C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}）}{{c}^{2}（Cr{{O}_{4}}^{2-}）•{c}^{2}（{H}^{+}）}$計算；
（2）含鉻污泥預處理后，用硫酸浸取液中金屬離子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺，加入過氧化氫氧化鉻離子為高價態(tài)，加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液PH=8使其他離子沉淀，過濾得到濾液用鈉離子交換樹脂交換鎂離子和鈣離子，得到 溶液中通入二氧化硫還原得到Cr（OH）（H₂O）₅SO₄；
（3）將Cr₂O₇^2-還原成Cr³⁺，需要還原劑，則陽極電解生成還原劑Fe²⁺，Cr₂O₇^2-被Fe²⁺還原成Cr³⁺，F(xiàn)e²⁺被氧化為Fe³⁺；電解后的溶液中c（Cr³⁺）為3×10^-5mol•L^-1，可計算c（OH^-），進而結(jié)合Ksp計算c（Fe³⁺）．

解答 解：（1）①升高溫度，溶液中CrO₄^2-的平衡轉(zhuǎn)化率減小，說明平衡逆向移動，則正反應為放熱反應，若要加快反應速率且提高CrO₄^2-的轉(zhuǎn)化率，應增大氫離子濃度，催化劑不影響平衡移動，升高溫度，平衡逆向移動，而加入碳酸鈉，降低氫離子濃度，只有b正確，
故答案為：＜；b；
②若常溫下pH=1的溶液中Cr₂O₇^2-濃度為a mol•L^-1，Cr₂O₇^2-濃度是CrO₄^2-濃度的10倍，則K=$\frac{c（C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}）}{{c}^{2}（Cr{{O}_{4}}^{2-}）•{c}^{2}（{H}^{+}）}$=$\frac{a}{（\frac{a}{10}）^{2}•{（0.1）}^{2}}$=$\frac{1{0}^{4}}{a}$，
故答案為：$\frac{1{0}^{4}}{a}$；
（2）①濾液Ⅰ中含有+3價Cr，制備+6價Cr，應先氧化，則加入過氧化氫的目的是將+3價Cr氧化成+6價Cr，故答案為：將+3價Cr氧化成+6價Cr；
②濾液Ⅱ中陽離子主要Na⁺、Ca²⁺和Mg²⁺，鈉離子交換樹脂交換的離子是鈣離子和鎂離子，故答案為：Ca²⁺、Mg²⁺；
（3）將Cr₂O₇^2-還原成Cr³⁺，需要還原劑，則陽極電解生成還原劑Fe²⁺，所以陽極的電極反應式為：Fe-2e^-=Fe²⁺，鐵為陽極，連接電源的正極，Cr₂O₇^2-被Fe²⁺還原成Cr³⁺，F(xiàn)e²⁺被氧化為Fe³⁺，其反應離子方程式為：Cr₂O₇^2-+6 Fe²⁺+14H⁺=6 Fe³⁺+2 Cr³⁺+7 H₂O；電解后的溶液中c（Cr³⁺）為3×10^-5mol•L^-1，則c（OH^-）=$\root{3}{\frac{6.0×1{0}^{-31}}{3×1{0}^{-5}}}$mol/L，則溶液中c（Fe³⁺）=$\frac{4.0×1{0}^{-38}}{\frac{6.0×1{0}^{-31}}{3×1{0}^{-5}}}$mol/L=2×10^-12 mol•L^-1，
故答案為：正極；Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；2×10^-12 mol•L^-1．

點評 本題考查較為綜合，涉及化學平衡的計算，物質(zhì)的分離、提純、制備以及難溶電解質(zhì)的溶解平衡，為高考常見題型，側(cè)重考查學生的分析能力和實驗能力，注意把握物質(zhì)的性質(zhì)、題給信息以及計算的思路，難度中等．