Question

【題目】重鉻酸鉀常用作有機合成的氧化劑和催化劑等。由含鉻廢液（主要含Cr3+、Fe3+、K+、SO等）制備K2Cr2O7的流程如圖所示。

已知：I.在酸性條件下，H2O2能將Cr2O還原為Cr3+；

Ⅱ.相關金屬離子形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下：

金屬離子	開始沉淀的pH	沉淀完全的pH
Cr3+	4.9	6.8
Fe3+	1.5	2.8

請回答下列問題：

（1）濾渣①的主要成分__。

（2）加入H2O2的作用是（用離子方程式解釋）__。

（3）加熱的目的是__。

（4）“酸化”過程中發生反應的離子方程式為__；若該反應的平衡常數K=4×1014L3·mol-3，已知：“酸化”后溶液中c(Cr2O)=1.6×10-3mol·L-1，則溶液中c(CrO)=__。

（5）“結晶”后得到K2Cr2O7(M=294g·mol-1)產品0.6000g，將其溶解后用稀H2SO4酸化，再用濃度為0.01000mol·L-1(NH4)2Fe(SO4)2標準溶液滴定，滴定反應為：Cr2O+6Fe2++14H+＝2Cr3++6Fe3++7H2O，滴定終點消耗標準溶液的體積為900mL，則產品的純度為__。（計算結果保留四位有效數字）

（6）在K2Cr2O7存在下，可利用微生物電化學技術實現含苯酚（C6H5OH）廢水的有效處理，其工作原理如圖所示。

①負極的電極反應式為__；

②一段時間后，中間室中NaCl溶液的濃度__（填“增大”、“減小”或“不變”）。

Answer 1

【答案】Fe(OH)3和Cr(OH)3 2Cr(OH)3+3H2O2+4OH-＝2CrO+8H2O 除去過量H2O2，防止將Cr2O還原成Cr3+ 2CrO+2H+Cr2O+H2O 2×10-8mol/L 73.50% C6H5OH+11H2O-28e-＝6CO2↑+28H+ 減小

【解析】

含鉻廢液（主要含Cr3+、Fe3+、K+、SO等）制備K2Cr2O7的流程：廢液與足量KOH反應生成沉淀Cr（OH）3、Fe（OH）3，過濾得到濾渣①Cr（OH）3、Fe（OH）3混合物，除去K+、SO等離子，堿性條件下在濾渣中加入過氧化氫氧化Cr（OH）3生成K2CrO4，過濾除去Fe（OH）3，得到K2CrO4濾液②，加熱除去過量過氧化氫，防止后續加酸時H2O2能將Cr2O還原為Cr3+，加酸調pH=1，使K2CrO4溶液轉化為K2Cr2O7溶液，蒸發結晶得到K2Cr2O7晶體，以此解答該題。

（1）由以上分析可知濾渣①的主要成分是Fe(OH)3和Cr(OH)3；

（2）“氧化”步驟中，堿性條件下，過氧化氫氧化Cr（OH）3生成K2CrO4溶液，反應的離子方程式為2Cr(OH)3+3H2O2+4OH-＝2CrO+8H2O；

（3）因為在酸性條件下，H2O2能將Cr2O還原為Cr3+，為防止后續“酸化”步驟中H2O2將Cr2O還原為Cr3+而混入雜質，所以酸化之前必須除去H2O2，并且H2O2對熱不穩定、易分解，通過加熱可除去；

（4）“酸化”過程中發生反應的離子方程式為2CrO+2H+Cr2O+H2O；酸化”過程中pH=1，即c（H+）=0.1mol/L，反應2CrO+2H+Cr2O+H2O的平衡常數K===4×1014，解得=2×10-8molL-1；

（5）由反應Cr2O+6Fe2++14H+＝2Cr3++6Fe3++7H2O有n（K2Cr2O7）=n[(NH4)2Fe(SO4)2]=×0.0100mol/L×0.9L=0.0015mol，產品的純度=0.0015mol×294g/mol/0.6000g×100%=73.50%；

（6）①C6H5OH→CO2，則苯酚發生氧化反應、作負極，結合電子守恒和電荷守恒有電極反應式C6H5OH+11H2O-28e-＝6CO2↑+28H+；

②由于電解質NaCl溶液被陽離子交換膜和陰離子交換膜隔離，使Na+和Cl-不能定向移動，所以電池工作時，負極生成的H+透過陽離子交換膜加入NaCl溶液中，正極生成的OH-透過陰離子交換膜進入NaCl溶液中與H+反應生成水，是NaCl溶液濃度減小。