Question

11．高錳酸鉀和重鉻酸鉀（K₂Cr₂O₇）都是典型的強氧化劑．
（1）用KMnO₄標準液測定市售過氧化氫溶液中H₂O₂的質(zhì)量分數(shù)：量取10.00mL密度為ρg/mL市售過氧化氫溶液配制成250.00mL，取25.00mL溶液于錐形瓶中，用稀H₂SO₄酸化，并加適量蒸餾水稀釋，用KMnO₄標準液滴定．重復滴定三次，平均消耗Cmol/L　KMnO₄標準液VmL．
①滴定過程中發(fā)生的反應如下：KMnO₄+H₂O₂+H₂SO₄→K₂SO₄+MnSO₄+H₂O+O₂↑（未配平），每生成1molO₂，反應轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2mol；原過氧化氫溶液中H₂O₂的質(zhì)量分數(shù)為$\frac{8.5CV}{ρ}$%．
②若要驗證H₂O₂的不穩(wěn)定性，操作是取適量過氧化氫溶液于試管中加熱，把帶火星的木條伸入試管，木條復燃．
（2）工業(yè)上用重鉻酸鈉（Na₂Cr₂O₇）結(jié)晶后的母液（含少量雜質(zhì)Fe³⁺）生產(chǎn)重鉻酸鉀（K₂Cr₂O₇），部分工藝流程及相關(guān)物質(zhì)溶解度曲線如圖：

向Na₂Cr₂O₇母液中加堿液調(diào)pH的目的是除去Fe³⁺．由Na₂Cr₂O₇生產(chǎn)K₂Cr₂O₇的化學方程式為Na₂Cr₂O₇+2KCl=K₂Cr₂O₇+2NaCl，通過冷卻結(jié)晶析出大量K₂Cr₂O₇的原因是低溫下K₂Cr₂O₇溶解度遠小于其他組分，隨溫度的降低，K₂Cr₂O₇溶解度明顯減小．
（3）+6價鉻易被人體吸收，可致癌；+3價鉻不易被人體吸收，毒性�。�工業(yè)含鉻廢水的處理方法之一是將含K₂Cr₂O₇的酸性廢水放入電解槽內(nèi)，用鐵作陽極，加入適量的NaCl后進行電解：陽極區(qū)生成的Fe²⁺和Cr₂O₇ ^2- 發(fā)生反應，生成的Fe³⁺和Cr³⁺在陰極區(qū)與OH^-結(jié)合生成Fe（OH）₃和Cr（OH）₃沉淀除去．（已知：常溫下K_sp【Fe（OH）₃】=2.6×10^-39，K_sp【Cr（OH）₃】=6.0×10^-31）．
①寫出Fe²⁺和Cr₂O₇ ^2-反應的離子方程式6Fe²⁺+Cr₂O₇ ^2-+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O．
②用平衡移動原理解釋Cr³⁺沉淀的原因存在平衡Cr³⁺+3H₂OCr（OH）₃+3H⁺，溶液中H⁺放電，c（H⁺）下降，平衡向右移動，使Cr³⁺形成Cr（OH）₃沉淀；若電解后的溶液中c（Fe³⁺）為1.3×10^-13mol/L，則溶液中Cr³⁺濃度為3.0×10^-5mol/L．

Answer 1

分析 （1）①反應中O原子化合價由過氧化氫中-1價升高為氧氣中0價，Mn元素化合價由高錳酸鉀中+7價降低為硫酸錳中+2價，根據(jù)O元素化合價變化計算轉(zhuǎn)移電子；
計算消耗高錳酸鉀的物質(zhì)的量，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計算過氧化氫物質(zhì)的量，進而計算過氧化氫質(zhì)量分數(shù)；
②過氧化氫分解生成水與氧氣，檢驗氧氣說明不穩(wěn)定性；
（2）調(diào)節(jié)溶液pH將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀，過濾除去，濾液中加入KCl，增大鉀離子濃度，低溫下K₂Cr₂O₇溶解度明顯減小，冷卻析出K₂Cr₂O₇；
（3）①由題目信息可知，酸性條件下Fe²⁺和Cr₂O₇ ^2-反應生成Fe³⁺和Cr³⁺；
②存在平衡Cr³⁺+3H₂OCr（OH）₃+3H⁺，溶液中H⁺放電，c（H⁺）下降，平衡向右移動；
由K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-），K_sp[Cr（OH）₃]=c（Cr³⁺）×c³（OH^-）聯(lián)立計算．

解答 解：（1）①反應中O原子化合價由過氧化氫中-1價升高為氧氣中0價，Mn元素化合價由高錳酸鉀中+7價降低為硫酸錳中+2價，每生成1molO₂，反應轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為1mol×2×[0-（-1）]=2mol，
根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，可得：5n（KMnO₄）=2n（H₂O₂），故250mL溶液中H₂O₂的質(zhì)量：Cmol/L×V×10^-3L×$\frac{5}{2}$×$\frac{250mL}{25mL}$×34g/mol，則過氧化氫質(zhì)量分數(shù)為：[（Cmol/L×V×10^-3L×$\frac{5}{2}$×$\frac{250mL}{25mL}$×34g/mol）÷（10.00mL×ρg/mL）]×100%=$\frac{8.5CV}{ρ}$%，
故答案為：2mol；$\frac{8.5CV}{ρ}$%；
②驗證H₂O₂的不穩(wěn)定性，操作是：取適量過氧化氫溶液于試管中加熱，把帶火星的木條伸入試管，木條復燃，
故答案為：取適量過氧化氫溶液于試管中加熱，把帶火星的木條伸入試管，木條復燃；
（2）向母液中加入堿，調(diào)節(jié)溶液pH將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀，過濾除去，濾液中加入KCl，增大鉀離子濃度，低溫下K₂Cr₂O₇溶解度遠小于其他組分，隨溫度的降低，K₂Cr₂O₇溶解度明顯減小，冷卻析出K₂Cr₂O₇，反應離子方程式為：Na₂Cr₂O₇+2KCl=K₂Cr₂O₇+2NaCl，
故答案為：除去Fe³⁺； Na₂Cr₂O₇+2KCl=K₂Cr₂O₇+2NaCl；低溫下K₂Cr₂O₇溶解度遠小于其他組分，隨溫度的降低，K₂Cr₂O₇溶解度明顯減��；
（3）①由題目信息可知，酸性條件下Fe²⁺和Cr₂O₇ ^2-反應生成Fe³⁺和Cr³⁺，反應離子方程式為：6Fe²⁺+Cr₂O₇ ^2-+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
故答案為：6Fe²⁺+Cr₂O₇ ^2-+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；
②存在平衡Cr³⁺+3H₂OCr（OH）₃+3H⁺，溶液中H⁺放電，c（H⁺）下降，平衡向右移動，使Cr³⁺形成Cr（OH）₃沉淀，
由K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-），K_sp[Cr（OH）₃]=c（Cr³⁺）×c³（OH^-），可知c（Cr³⁺）=$\frac{Ksp[Cr（OH）_{3}]×c（F{e}^{3+}）}{Ksp[Fe（OH）_{3}]}$=$\frac{6.0×1{0}^{-31}×1.3×1{0}^{-13}}{2.6×1{0}^{-39}}$mol/L=3.0×10^-5mol/L，
故答案為：存在平衡Cr³⁺+3H₂OCr（OH）₃+3H⁺，溶液中H⁺放電，c（H⁺）下降，平衡向右移動，使Cr³⁺形成Cr（OH）₃沉淀；3.0×10^-5．

點評 本題考查氧化還原滴定與計算、化學工藝流程、物質(zhì)分離提純、溶度積有關(guān)計算、平衡移動等，屬于拼合型題目，側(cè)重對化學原理的考查，掌握物質(zhì)分離提純常用方法．