Question

14．鉻及其化合物在工業(yè)、生產、生活中的應用廣泛，但化工廢料鉻渣對人體健康有很大危害．
I．交警常用“司機飲酒檢測儀”檢查司機是否酒后駕車，其原理是硫酸酸化的含CrO₃的硅膠和乙醇反應生成硫酸鉻[Cr₂（SO₄）₃]和乙醛（CH₃CHO）等．
（1）在該反應中CrO₃是氧化劑（填“氧化劑”或“還原劑”）．
（2）請寫出檢測時反應的化學方程式：3C₂H₅OH+2CrO₃+3H₂SO₄═3CH₃CHO+Cr₂（SO₄）₃+6H₂O．
II．從化工廠鉻渣（含有Na₂SO₄及少量Cr₂O₇^2-、Fe³⁺）中提取硫酸鈉的工藝如圖1：

已知：Fe³⁺、Cr³⁺完全沉淀（c≤1.0×10^-5 mol•L^-1）時pH分別為3.6和5．
（3）“微熱”除能加快反應速率外，同時還可以促進Fe³⁺水解生成Fe（OH）₃而除去，F(xiàn)e（OH）₃．
（4）根據(jù)圖2所示溶解度（S）∽溫度（T）曲線，操作B的最佳方法為A（填字母序號）
A．蒸發(fā)結晶，趁熱過濾
B．蒸發(fā)濃縮，降溫結晶，過濾
（5）酸化后Cr₂O₇^2-可被SO₃^2-還原成Cr³⁺，離子方程式為3SO₃^2-+Cr₂O₇^2-+8H⁺=2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂O；常溫下，Cr（OH）₃的溶度積常數(shù)Ksp[Cr（OH）₃]=1.0×10^-32mol⁴•L^-4 mol⁴．L^-4．
（6）Cr（OH）₃在溶液中存在以下平衡：
H⁺+CrO₂^-（亮綠色）+H₂O?Cr（OH）₃（s）?Cr³⁺（紫色）+3OH^-．
在上述生產過程中加入NaOH溶液時要控制溶液的pH為5，pH不能過高的理由是：加入NaOH使上述平衡逆移，使Cr（OH）₃+OH^-=CrO₂^-+2H₂O．

Answer 1

分析 I．（1）該反應中Cr元素化合價由+6價變?yōu)?3價，得電子化合價降低的反應物是氧化劑；
（2）反應中Cr元素化合價由+6價變?yōu)?3價，C₂H₅OH中C元素化合價由-2價變?yōu)?1價，得電子的化合價降低的反應物是氧化劑、失電子化合價升高的反應物是還原劑，其轉移電子總數(shù)為6，根據(jù)轉移電子相等、原子守恒書寫方程式；
II．（3）因為水解反應吸熱，故“微熱”可以促進Fe³⁺水解生成Fe（OH）₃而除去；
（4）趁熱過濾的目的是有利于硫酸鈉結晶析出，可以防止Na₂Cr₂O₇•2H₂O結晶析出；
（5）酸化后Cr₂O₇^2-可被SO₃^2-還原成Cr³⁺，SO₃^2-變?yōu)镾O₄^2-，離子方程式為3SO₃^2-+Cr₂O₇^2-+8H⁺=2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂O；酸C為H₂SO₄是為保證最后得到純凈的硫酸鈉；根據(jù)Cr³⁺完全沉淀（c≤1.0×10^-5 mol•L^-1）時pH為5，得c（H⁺）═10^-5 mol/L，c（OH^-）=10^-9 mol•L^-1，然后將數(shù)據(jù)代入溶度積常數(shù)K_sp[Cr（OH）₃]=（Cr³⁺）•c³（OH^-）計算；
（6）如果氫氧化鈉過量，氫離子濃度減少平衡H⁺+CrO₂^-（亮綠色）+H₂O?Cr（OH）₃（s）?Cr³⁺（紫色）+3OH^-，平衡逆向移動，Cr（OH）₃會溶解．

解答 解：I．（1）該反應中Cr元素化合價由+6價變?yōu)?3價，得電子化合價降低的反應物是氧化劑，故答案為：氧化劑；
（2）該反應中Cr元素化合價由+6價變?yōu)?3價，C₂H₅OH中C元素化合價由-2價變?yōu)?1價，轉移電子總數(shù)為6，根據(jù)轉移電子相等知，CrO₃的計量數(shù)是2，C₂H₅OH的計量數(shù)是3，再結合原子守恒配平方程式為2CrO₃+3C₂H₅OH+3H₂SO₄=Cr₂（SO₄）₃+3CH₃CHO+6H₂O，
故答案為：3C₂H₅OH+2CrO₃+3H₂SO₄═3CH₃CHO+Cr₂（SO₄）₃+6H₂O；
II．（3）因為水解反應吸熱，故“微熱”除能加快反應速率外，同時還可以促進Fe³⁺水解生成Fe（OH）₃而除去，濾渣A為Fe（OH）₃，故答案為：促進Fe³⁺水解生成Fe（OH）₃而除去，F(xiàn)e（OH）₃；
（4）根據(jù)如圖2溶解度（S）～溫度（T）曲線，操作B的最佳方法為 先將混合溶液蒸發(fā)濃縮，趁熱過濾，趁熱過濾的目的是有利于硫酸鈉結晶析出，可以防止Na₂Cr₂O₇•2H₂O結晶析出，故答案為：A；
（5）酸化后Cr₂O₇^2-可被SO₃^2-還原成Cr³⁺，SO₃^2-變?yōu)镾O₄^2-，離子方程式為3SO₃^2-+Cr₂O₇^2-+8H⁺=2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂O；為保證最后得到純凈的硫酸鈉，酸C為H₂SO₄，根據(jù)Cr³⁺完全沉淀（c≤1.0×10^-5 mol•L^-1）時pH為5，則c（H⁺）=10^-5 mol/L，c（OH^-）=10^-9 mol•L^-1，則Cr（OH）₃的溶度積常數(shù)K_sp[Cr（OH）₃]=（Cr³⁺）•c³（OH^-）=1.0×10^-32mol⁴•L^-4，故答案為：3SO₃^2-+Cr₂O₇^2-+8H⁺=2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂O；H₂SO₄；1.0×10^-32mol⁴•L^-4；
（6）如果氫氧化鈉過量，氫離子濃度減少平衡H⁺+CrO₂^-（亮綠色）+H₂O?Cr（OH）₃（s）?Cr³⁺（紫色）+3OH^-，平衡逆向移動，Cr（OH）₃會溶解，故答案為：加入NaOH使上述平衡逆移，使Cr（OH）₃+OH^-=CrO₂^-+2H₂O．

點評 本題綜合考查了化學平衡原理、氧化還原反應、離子方程式的書寫、沉淀溶解平衡和Ksp的有關計算等內容，側重于反應原理的應用的考查，分析時要根據(jù)題給信息，結合相關原理進行解答，題目難度中等．