Question

3．重鉻酸鉀（K₂Cr₂O₇）是一種重要的無機試劑．
（1）①K₂Cr₂O₇在加熱條件下可以氧化濃鹽酸產(chǎn)生氯氣，其還原產(chǎn)物為Cr³⁺．該反應的離子方程式為Cr₂O₇^2-+14H⁺+6Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cr³⁺+3Cl₂↑+7H₂O．
②常溫下，F(xiàn)e²⁺可將Cr₂O₇^2-還原為Cr³⁺，利用此反應原理可處理廢水中有毒的Cr₂O₇^2-．某廢水中Cr₂O₇^2-的濃度為0.005 mol/L，若處理10 L該廢水至少需要綠礬（FeSO₄•7H₂O）83.4g．
（2）K₂Cr₂O₇溶液中存在如下平衡：Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O?2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺．
①若平衡體系的pH=2，則溶液顯橙色．
②高溫時，向飽和Na₂Cr₂O₇溶液中先加入少量的硫酸，再加入一定量KCl固體，降溫，就會析出K₂Cr₂O₇晶體和NaCl晶體的混合物．加入少量硫酸的原因為H₂SO₄電離產(chǎn)生的H⁺使Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺逆向移動，從而增大了c（Cr₂O₇^2-），提高K₂Cr₂O₇產(chǎn)率；不同溫度下，相關物質的溶解度數(shù)據(jù)如下表所示，請分析加入KCl固體后，降溫會析出K₂Cr₂O₇晶體的原因為K₂Cr₂O₇的溶解度隨溫度降低減小的幅度大，使得復分解反應Na₂Cr₂O₇+KCl=K₂Cr₂O₇↓+NaCl得以發(fā)生，從而析出K₂Cr₂O₇晶體．

	20℃	60℃	100℃
Na2Cr2O7	73.2	82.0	91.4
K2Cr2O7	13.1	50.5	96.2
NaCl	36	37	39
KCl	34	45.5	56.7

③向K₂Cr₂O₇溶液中加入Ba（NO₃）₂和Pb（NO₃）₂，可析出BaCrO₄和PbCrO₄兩種沉淀，此時溶液中$\frac{c（P^{2+}）}{c（B{a}^{2+}）}$=2.3×10^-3．[已知：K_sp（BaCrO₄）=1.2×10^-10；K_sp（PbCrO₄）=2.8×10^-13]．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)反應中元素化合價的升降相等配平離子方程式，K₂Cr₂O₇中的Cr化合價由+6價變?yōu)镃r³⁺中的+3價，化合價變化3，Cl的化合價由-1價變?yōu)?價，化合價變化1，由于K₂Cr₂O₇中Cr的數(shù)目為2，氯氣中有2個氯原子，故K₂Cr₂O₇的計量數(shù)為1，Cl^-的計量數(shù)為6；
②求出Cr₂O₇^2-的物質的量，根據(jù)Cr₂O₇^2-～6Fe²⁺～6FeSO₄•7H₂O，求出FeSO₄•7H₂O的物質的量，最后求質量即可；
（2）①根據(jù)平衡的移動，判斷生成Cr₂O₇^2-（橙色）還是2CrO₄^-（黃色），根據(jù)它們的顏色判斷；
②加入少量的硫酸，平衡左移，有利于生成Cr₂O₇^2-，提高K₂Cr₂O₇產(chǎn)率；當溶液中溶解的物質多于溶解度時，有沉淀析出；
③析出BaCrO₄和PbCrO₄兩種沉淀，溶液中存在BaCrO₄ +Pb²⁺=PbCrO₄+Ba²⁺，結合溶度積常數(shù)計算．

解答 解：（1）①K₂Cr₂O₇在加熱條件下可以氧化濃鹽酸產(chǎn)生氯氣，其還原產(chǎn)物為Cr³⁺．K₂Cr₂O₇中的Cr化合價由+6價變?yōu)镃r³⁺中的+3價，化合價變化3，Cl的化合價由-1價變?yōu)?價，化合價變化1，由于K₂Cr₂O₇中Cr的數(shù)目為2，氯氣中有2個氯原子，故K₂Cr₂O₇的計量數(shù)為1，Cl^-的計量數(shù)為6，反應的離子方程式為Cr₂O₇^2-+14H⁺+6Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cr³⁺+3Cl₂↑+7H₂O，
故答案為：Cr₂O₇^2-+14H⁺+6Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cr³⁺+3Cl₂↑+7H₂O；
 ②10L該廢水樣液中含有Cr₂O₇^2-的物質的量=0.005mol/L×10L=0.050mol，根據(jù)Cr₂O₇^2-～6Fe²⁺～6FeSO₄•7H₂O可知FeSO₄•7H₂O的物質的量=6×0.050mol=0.300mol，F(xiàn)eSO₄•7H₂O的質量=0.300mol×278g/mol=83.4g，
故答案為：83.4；
（2）①若平衡體系的pH=2，則溶液呈酸性，平衡左移，生成的Cr₂O₇^2-（橙色），故溶液呈橙色，故答案為：橙；
②加入少量的硫酸，H₂SO₄電離產(chǎn)生的H⁺使Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺逆向移動，從而增大了c（Cr₂O₇^2-），提高K₂Cr₂O₇產(chǎn)率；
加入KCl固體后，降溫降溫會析出K₂Cr₂O₇晶體是因為溶液中溶解的物質大于溶解度時，有沉淀析出，K₂Cr₂O₇的溶解度隨溫度降低減小的幅度大，使得復分解反應Na₂Cr₂O₇+KCl=K₂Cr₂O₇↓+NaCl 得以發(fā)生，從而析出K₂Cr₂O₇晶體；
故答案為：H₂SO₄電離產(chǎn)生的H⁺使Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺逆向移動，從而增大了c（Cr₂O₇^2-），提高K₂Cr₂O₇產(chǎn)率；K₂Cr₂O₇的溶解度隨溫度降低減小的幅度大，使得復分解反應Na₂Cr₂O₇+KCl=K₂Cr₂O₇↓+NaCl 得以發(fā)生，從而析出K₂Cr₂O₇晶體；
③析出BaCrO₄和PbCrO₄兩種沉淀，溶液中存在BaCrO₄ +Pb²⁺=PbCrO₄+Ba²⁺，
$\frac{c（P^{2+}）}{c（B{a}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（PbCr{O}_{4}）}{Ksp（BaCr{O}_{4}）}$=$\frac{2.8×1{0}^{-13}}{1.2×1{0}^{-10}}$=2.3×10^-3，
故答案為：2.3×10^-3．

點評 本題考查了難溶電解質的溶解平衡、氧化還原反應的計算以及水解反應的應用等，沉淀溶解平衡的理解與計算，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．