Question

（9分）工業廢水中常含有一定量的Cr₂O₇^2—和CrO₄^2—，它們會對人類及生態系統產生很大的傷害，必須進行處理。常用的處理方法有兩種。
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：2CrO₄^2—（黃色）+2H⁺Cr₂O₇^2—（橙色）+H₂O
（1）該反應體系的平衡常數表達式為：                            
（2）若平衡體系的pH=2，則溶液顯           色.
（3）能說明第①步反應達平衡狀態的是            。
a．溶液的顏色不變                  b．2v (Cr₂O₇^2—) ="v" (CrO₄^2—)
c． Cr₂O₇^2—和CrO₄^2—的濃度相同
（4）完成第②步反應的離子方程式：
__Cr₂O₇^2—+ __Fe²⁺ +_____="__" Cr³⁺ +  __Fe³⁺ +__ H₂O
（5）第③步生成的Cr(OH)₃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＝c(Cr³⁺)· c³(OH^—)＝10^-32，要使c(Cr³⁺)降至10^-5mol/L，溶液的pH應調至         。
方法2：電解法
該法用Fe做電極電解含Cr₂O₇^2—的酸性廢水，隨著電解進行，在陰極附近溶液pH升高，產生Cr(OH)₃沉淀。
(6)寫出電解過程中的電極反應式:
陽極:                     。陰極:                        。
(7)溶液中同時生成的沉淀還有                    。

Answer 1

(共11分)（1）略(2分) （2）橙(1分) （3）a(1分)  
(4)Cr₂O₇^2—+ 6Fe²⁺ +14H⁺ = 2Cr³⁺ + 6Fe³⁺ +7 H₂O(2分)          （5）5(2分)  
（6）Fe－2e^－＝Fe²⁺(1分)， 2H⁺+2e－＝H₂↑(1分)    （7） Fe(OH)₃(1分)

（1）平衡常數是指：可逆反應達到平衡后生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值：即表示為：；
（2）溶液顯酸性，即溶液顏色顯橙色；
（3）能說明第①步反應達平衡狀態的是c.溶液的顏色不變
（4）根據氧化還原反應過程中元素化合價升高的總價數=化合價降低的總價數配平可得，反應的離子方程式為：Cr₂O₇^2—+ 6Fe²⁺ +14H⁺ = 2Cr³⁺ + 6Fe³⁺ +7 H₂O；
（5）要使c(Cr³⁺)降至10-5mol/L，c(OH^-)³ =" Ksp" / c(Cr³⁺) = 10^-32÷ 10^-5 = 10^-27mol/L，c(OH^-) = 10^-9mol/L，pOH = 9，pH = 5。
（6）用Fe做電極的原因為：陽極：Fe - 2e- = Fe²⁺，在陽極附近溶液中會發生：6Fe²⁺ + Cr₂O₇^2- + 14H⁺ = 6Fe³⁺ + 2Cr³⁺ + 7H₂O；
在陰極附近溶液pH升高的原因是：2H⁺ + 2e- = H₂↑ ；
（7）陰極附近溶液c(H⁺)減小，pH升高，產生Cr(OH)₃沉淀。溶液中同時產生沉淀還有Fe(OH)₃