浅析铬及其化合物在考查中的应用

◇ 黑龙江 张 涛

浅析铬及其化合物在考查中的应用

◇ 黑龙江 张 涛

在中学化学教材人教版《必修2》和《选修5》中介绍了乙醇被酸性K2Cr2O7溶液氧化,在《选修4》中介绍了探究溶液的酸碱性对化学平衡的影响.高考试题以源于课本为理念,故铬及其化合物在近几年高考试题中频繁出现,考查考生的实际应用能力,具有较强的综合性.

1 铬及其化合物知识简介

1)在酸性条件下,用锌还原Cr3＋或均可得到蓝色的Cr2＋:

2)灰绿色的Cr(OH)3呈两性:

3)向含有Cr3＋的溶液中加入Na2S并不生成Cr2S3,因为Cr2S3在水中完全水解:

4)在碱性溶液中,[Cr(OH)4]－具有较强的还原性,可被H2O2氧化为

5)在酸性溶液中,Cr3＋还原性较弱,只有K2S2O8或KMnO4等强氧化剂才能将Cr3＋氧化为

7)重铬酸盐的溶解度较铬酸盐的溶解度大,向重铬酸盐溶液中加入Ag＋、Pb2＋、Ba2＋等离子时,通常生成铬酸盐沉淀,例如:

此反应用来鉴定Cr(Ⅵ)或Cr(Ⅲ).

2 例题分析

例1 铁炭混合物(铁屑和活性炭的混合物)、纳米铁粉均可用于处理水中的污染物.铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池.将含有的酸性废水通过铁炭混合物,在微电池正极上转化为Cr3＋,其电极反应式为________.

分析 本题以铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池的原理来处理含有的酸性废水的工业应用,考查了酸性K2Cr2O7溶液具有强氧化性、原电池原理和电化学电极方程式的书写等知识.题中已给出在微电池正极上转化为Cr3＋且溶液是酸性,则答案为

例2 元素铬(Cr)在溶液中主要以Cr3＋(蓝紫色)(绿色(橙红色)(黄色)等形式存在,Cr(OH)3为难溶于水的灰蓝色固体,回答下列问题:

(1)Cr3＋与Al3＋的化学性质相似.在Cr2(SO4)3溶液中逐滴加入NaOH溶液直至过量,可观察到的现象是________.

图1

ⅰ)用离子方程式表示Na2CrO4溶液中的转化反应________.

(3)在化学分析中采用K2CrO4为指示剂,以 AgNO3标准溶液滴定溶液中的Cl－,利用Ag＋与生成砖红色沉淀,指示到达滴定终点.当溶液中Cl－恰好沉淀完全(浓度等于1.0×10－5mol·L－1)时,溶液中c(Ag＋)为________mol·L－1,此时溶液中为________mol·L－1.

(已知Ag2CrO4、AgCl的Ksp分别为2.0×10－12和2.0×10－10).

(4)＋6价铬的化合物毒性较大,常用NaHSO3将废液中的还原成Cr3＋,该反应的离子方程式为________.

分析 (1)给出信息Cr3＋与Al3＋的化学性质相似,所以在Cr2(SO4)3溶液中逐滴加入NaOH溶液直至过量,可观察到的现象与在Al2(SO4)3溶液中加入NaOH溶液直至过量的现象相同,考查了考生类比迁移能力,但也有不同之处,就是溶液和生成物颜色的区别,结合题意可答出现象是蓝紫色溶液变浅,同时有灰蓝色沉淀生成,然后沉淀逐渐溶解形成绿色溶液.(2)给出初始浓度为1.0mol·L－1的Na2CrO4溶液中随c(H＋)的变化图示信息,实质上是《选修4》课本知识内容.ⅰ)反应为由图可知,溶液酸性增大,平衡向右移动的平衡转化率增大;由图象可知A点时,溶液中由于起始时根据Cr元素守恒可知A点溶液中浓度为1.0× 10－7mol·L－1;此时该转化反应的平衡常数升高温度,溶液中的平衡转化率减小,说明平衡逆向移动,根据平衡移动原理分析该反应正反应是放热反应,故ΔH＜0.(3)利用Ksp计算考查考生计算能力,当溶液中Cl－完全沉淀时,即c(Cl－)＝1.0×10－5mol·L－1,由Ksp(AgCl)计算:c(Ag＋)＝Ksp(AgCl)/c(Cl－)＝2.0×10－5mol·L－1;再由Ksp(Ag2CrO4)计算: c(CrO24－)＝Ksp(Ag2CrO4)/c2(Ag＋)＝5×10－3mol· L－1.(4)＋6价铬的化合物毒性较大是因为铬元素处于高价态,具有较强的氧化性,NaHSO3中的硫是＋4价,具有较强的还原性,所以二者会发生氧化还原反应,根据已知条件,结合守恒原理,可写出二者反应的离子方程式为

铬元素是第4周期的过渡元素,具有变价特征,铬及其化合物之间的相互转化涉及氧化还原反应原理.化学平衡及移动原理、难溶电解质的溶解平衡及移动原理,铬及其化合物的性质与铝及其化合物的性质相似现已成为高考的新题材,只要掌握相关原理及其两性性质,具备一定的知识迁移应用能力,正确解决此类相关考题还是可行的.

(作者单位:黑龙江省七台河市田家炳高级中学)