Question

17．含重鉻酸鉀（K₂Cr₂O₇）廢水普遍存在于制明礬、火柴的工廠，由于K₂Cr₂O₇直接排放會污染環(huán)境，因此需要進行處理．某研究小組查閱資料發(fā)現：
①

物質	K2Cr2O7溶液	Cr（OH）3	Cr3+溶液
顏色	橙黃色	灰綠色沉淀	灰綠色

②生成氫氧化物沉淀的pH

	Fe（OH）3	Cr（OH）3
開始沉淀時	1.5	6.0
沉淀完全時	2.8	8.0

③藥劑還原沉淀法是目前應用較為廣泛的含鉻廢水處理方法，其基本原理是在酸性條件下向廢水中加入還原劑將Cr₂O₇^2-還原成Cr³⁺，然后再加入石灰或氫氧化鈉，使其轉化成Cr（OH）₃沉淀，從而除去Cr₂O₇^2-．
（1）配平方程式：1Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O
（2）寫出在含Cr³⁺溶液中加入NaOH反應的離子方程式：Cr³⁺+3OH^-=Cr（OH）₃↓．
該研究小組設計方案進行實驗室模擬，想利用電解法產生Fe²⁺，進而處理含K₂Cr₂O₇的廢水，實驗如下：

實驗 序號	實驗裝置	實驗電壓	溶液	時間	現象
Ⅰ		22V	0.01mol/L K2Cr2O7溶液	20 分鐘	a 極區(qū)無明顯現象； b 極區(qū)有無色氣泡．

（3）a 極的電極材料是Fe．該小組通過實驗證明了a極區(qū)產生了Fe²⁺，請描述他們的實驗操作取a 極區(qū)少量溶液于試管中，向其中滴加鐵氰化鉀溶液，有藍色沉淀產生．
該小組同學再次查閱資料，將上述實驗方案進一步優(yōu)化，進行了實驗Ⅱ：

實驗 序號	實驗裝置	實驗電壓	溶液	時間	現象
Ⅱ		22V	0.01mol/LK2Cr2O7溶液中加入少量H2SO4酸 化，使pH≈1	20 分鐘	a 極區(qū)溶液變淺綠色； b極區(qū)有無色氣泡產生，產生紅褐色沉淀．

（4）請將實驗現象補充完整；解釋b極區(qū)產生紅褐色沉淀的原因b極H⁺放電，溶液pH升高，a 極產生的Fe²⁺被Cr₂O₇^2-氧化成Fe³⁺，Fe³⁺遷移到b極區(qū)，與OH^-結合生成Fe（OH）₃．
（5）實驗Ⅰ→實驗Ⅱ進行了優(yōu)化，對比實驗Ⅰ、Ⅱ，說明優(yōu)化的依據是調節(jié)溶液pH為酸性，保證Cr₂O₇^2-的氧化性．
（6）該小組同學想在電解過程中將Cr₂O₇^2-轉化為Cr（OH）₃沉淀除去，請?zhí)岢龃胧┎⒄f明理由增大溶液pH到合理范圍 使Cr₂O₇^2-與Fe²⁺發(fā)生反應且Cr（OH）₃能沉淀．

Answer 1

分析 （1）FeSO₄具有還原性，可與Cr₂O₇^2-+發(fā)生氧化還原反應生成Fe³⁺和Cr³⁺；
（2）Cr³⁺溶液中加入NaOH生成Cr（OH）₃沉淀；
（3）Fe在陽極失電子生成亞鐵離子，亞鐵離子與K₂Cr₂O₇反應；檢驗亞鐵離子用鐵氰化鉀溶液；
（4）陽極上Fe失電子生成亞鐵離子；陰極上氫離子得電子生成氫氣；Fe²⁺被Cr₂O₇^2-氧化成Fe³⁺，Fe³⁺向陰極移動與氫氧根離子結合；
（5）酸性條件下，Cr₂O₇^2-具有強氧化性；
（6）pH=8時，Cr³⁺轉化為Cr（OH）₃沉淀．

解答 解：（1）FeSO₄具有還原性，可與Cr₂O₇^2-+發(fā)生氧化還原反應生成Fe³⁺和Cr³⁺，反應的離子方程式為Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
故答案為：1、6、1、4、2、6、7；
（2）Cr³⁺溶液中加入NaOH生成Cr（OH）₃沉淀，其反應的離子方程式為：Cr³⁺+3OH^-=Cr（OH）₃↓；
故答案為：Cr³⁺+3OH^-=Cr（OH）₃↓；
（3）利用電解法產生Fe²⁺，Fe²⁺把K₂Cr₂O₇還原成Cr³⁺，則Fe在陽極失電子生成亞鐵離子，所以Fe作陽極，即a極為Fe；檢驗亞鐵離子用鐵氰化鉀溶液，操作為取a 極區(qū)少量溶液于試管中，向其中滴加鐵氰化鉀溶液，有藍色沉淀產生，說明含有亞鐵離子；
故答案為：Fe；取a 極區(qū)少量溶液于試管中，向其中滴加鐵氰化鉀溶液，有藍色沉淀產生；
（4）a極為陽極，陽極上Fe失電子生成亞鐵離子，所以a 極區(qū)溶液變淺綠色；b極為陰極，陰極上氫離子得電子生成氫氣，所以b極區(qū)有無色氣泡產生；a極產生的Fe²⁺被Cr₂O₇^2-氧化成Fe³⁺，Fe³⁺遷移到b極區(qū)，與OH^-結合生成Fe（OH）₃，所以b極區(qū)有紅褐色沉淀生成；
故答案為：溶液變淺綠色；有無色氣體產生；a極產生的Fe²⁺被Cr₂O₇^2-氧化成Fe³⁺，Fe³⁺遷移到b極區(qū)，與OH^-結合生成Fe（OH）₃；
（5）實驗Ⅰ→實驗Ⅱ進行了優(yōu)化，對比實驗Ⅰ、Ⅱ，可知，實驗II在加入了一定量的硫酸，溶液酸性增強，酸性條件下，Cr₂O₇^2-具有強氧化性；
故答案為：調節(jié)溶液pH為酸性，保證Cr₂O₇^2-的氧化性；
（6）pH=8時，Cr³⁺轉化為Cr（OH）₃沉淀，所以要想在電解過程中將Cr₂O₇^2-轉化為Cr（OH）₃沉淀除去，需要增大溶液的pH；
故答案為：增大溶液pH到合理范圍 使Cr₂O₇^2-與Fe²⁺發(fā)生反應且Cr（OH）₃能沉淀．

點評 本題考查了電解原理的應用、氧化還原反應及物質的轉化，題目難度中等，注意把握電解池中陰陽極上發(fā)生的反應以及元素化合物的性質，側重于考查學生的分析能力和對基礎知識的應用能力．