Question

【題目】鉻是一種具有戰略意義的金屬，它具有多種價態，單質鉻熔點為 1857 ℃。

(1)工業上以鉻鐵礦［主要成分是 Fe(CrO2)2］為原料冶煉鉻的流程如圖所示：

①Fe(CrO2)2中各元素化合價均為整數，則鉻為_____價。

②高溫氧化時反應的化學方程式為 ____。

③操作 a 由兩種均發生了化學反應的過程構成的，其內容分別是_____、鋁熱反應。

(2)Cr(OH)3 是兩性氫氧化物，寫出其分別與 NaOH、稀鹽酸反應時生成的兩種鹽的化學式_____。

(3)鉻元素能形成含氧酸及含氧酸鹽，初始濃度為 1mol·L1 的鉻酸(H2CrO4)溶液中，測得所有含鉻元素的微粒及濃度分別為： c(CrO42-)=0.0005 mol·L-1、c(HCrO4-)=0.1055 mol·L-1、c(Cr2O72-)=a mol·L-1。

①a＝ ____。

②KHCrO4 溶液中，c(H＋)_____c(OH－) (填“＞”、“＜”或“＝”)。

(4)某工廠采用電解法處理含 Cr2O72-的廢水，耐酸電解槽用鐵板作陰、陽極，槽內盛放含鉻廢水，Cr2O72-被還原成為 Cr3+，Cr3+在陰極區生成 Cr(OH)3 沉淀除去，工作原理

①寫出電解時陰極的電極反應式 ____。

②電解裝置中的隔膜為 ____ (填陰或陽)離子交換膜。

③寫出 Cr2O72－被還原為 Cr3＋的離子方程式_____。

Answer 1

【答案】＋34Fe(CrO2)2+7O2+8Na2CO3===2Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2灼燒使 Cr(OH)3 分解NaCrO2、CrCl30.447＞2H＋+2e－===H2↑ (或 2H2O+2e－===2OH－+H2 ↑) (1 分)陽Cr2O2－＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O

【解析】

（1）①氧為-2價，Fe顯＋2價，整個化合價代數和為0，即Cr的價態為＋3價；

②根據高溫氧化，得到產物是Fe2O3和Na2CrO4以及CO2，因此有Fe(CrO2)2＋O2＋Na2CO3→Fe2O3＋Na2CrO4＋CO2，Fe(CrO2)2中Fe的化合價由＋2價→＋3價，升高1價，Cr由＋3價→＋6價，化合價高3價，Fe(CrO2)2共升高7價，氧氣共降低4價，最小公倍數為28，因此反應方程式為：4Fe(CrO2)2+7O2+8Na2CO32Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2；

③最后一步是鋁熱反應，是金屬鋁和金屬氧化物發生置換反應，因此需要Cr(OH)3轉化成氧化物，即灼燒使Cr(OH)3分解；

（2）參考氫氧化鋁和酸、堿的反應，Cr(OH)3＋3HCl=CrCl3＋3H2O，Cr(OH)3＋NaOH=NaCrO2＋2H2O，和氫氧化鈉、鹽酸反應的產物是NaCrO2、CrCl3；

（3）根據鉻元素守恒，則有c(CrO42-)＋c(HCrO4-)＋2c(Cr2O72-)=0.1，解得a=0.447mol·L-1，H2CrO4完全電離，因此HCrO4-只發生電離，溶液顯酸性，即c(H＋)＞c(OH-)；

（4）①根據信息，生成Cr3＋與陰極區生成OH-反應，因此陰極上是水電離產生H＋放電，即陰極電極反應式為2H＋＋2e-=H2↑，或是2H2O＋2e-=H2↑＋2OH-，陽極電極反應式為Fe－2e-=Fe2＋；

②Cr3+在陰極區生成 Cr(OH)3 ，因此電解裝置中的隔膜為陽離子交換膜；

③Fe2＋被氧化，化合價由＋2價→＋3價，化合價升高1價，Cr2O72－中Cr的化合價由＋6價→＋3價，化合價降低3價，因此離子反應方程式為6Fe2++Cr2O72－+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O。