◇ 黑龍江 張 濤

淺析鉻及其化合物在考查中的應用

◇ 黑龍江 張 濤

在中學化學教材人教版《必修2》和《選修5》中介紹了乙醇被酸性K2Cr2O7溶液氧化,在《選修4》中介紹了探究溶液的酸堿性對化學平衡的影響.高考試題以源于課本為理念,故鉻及其化合物在近幾年高考試題中頻繁出現(xiàn),考查考生的實際應用能力,具有較強的綜合性.

1 鉻及其化合物知識簡介

1)在酸性條件下,用鋅還原Cr3＋或均可得到藍色的Cr2＋:

2)灰綠色的Cr(OH)3呈兩性:

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

4)在堿性溶液中,[Cr(OH)4]－具有較強的還原性,可被H2O2氧化為

5)在酸性溶液中,Cr3＋還原性較弱,只有K2S2O8或KMnO4等強氧化劑才能將Cr3＋氧化為

7)重鉻酸鹽的溶解度較鉻酸鹽的溶解度大,向重鉻酸鹽溶液中加入Ag＋、Pb2＋、Ba2＋等離子時,通常生成鉻酸鹽沉淀,例如:

此反應用來鑒定Cr(Ⅵ)或Cr(Ⅲ).

2 例題分析

例1 鐵炭混合物(鐵屑和活性炭的混合物)、納米鐵粉均可用于處理水中的污染物.鐵炭混合物在水溶液中可形成許多微電池.將含有的酸性廢水通過鐵炭混合物,在微電池正極上轉化為Cr3＋,其電極反應式為________.

分析 本題以鐵炭混合物在水溶液中可形成許多微電池的原理來處理含有的酸性廢水的工業(yè)應用,考查了酸性K2Cr2O7溶液具有強氧化性、原電池原理和電化學電極方程式的書寫等知識.題中已給出在微電池正極上轉化為Cr3＋且溶液是酸性,則答案為

例2 元素鉻(Cr)在溶液中主要以Cr3＋(藍紫色)(綠色(橙紅色)(黃色)等形式存在,Cr(OH)3為難溶于水的灰藍色固體,回答下列問題:

(1)Cr3＋與Al3＋的化學性質相似.在Cr2(SO4)3溶液中逐滴加入NaOH溶液直至過量,可觀察到的現(xiàn)象是________.

圖1

ⅰ)用離子方程式表示Na2CrO4溶液中的轉化反應________.

(3)在化學分析中采用K2CrO4為指示劑,以 AgNO3標準溶液滴定溶液中的Cl－,利用Ag＋與生成磚紅色沉淀,指示到達滴定終點.當溶液中Cl－恰好沉淀完全(濃度等于1.0×10－5mol·L－1)時,溶液中c(Ag＋)為________mol·L－1,此時溶液中為________mol·L－1.

(已知Ag2CrO4、AgCl的Ksp分別為2.0×10－12和2.0×10－10).

(4)＋6價鉻的化合物毒性較大,常用NaHSO3將廢液中的還原成Cr3＋,該反應的離子方程式為________.

分析 (1)給出信息Cr3＋與Al3＋的化學性質相似,所以在Cr2(SO4)3溶液中逐滴加入NaOH溶液直至過量,可觀察到的現(xiàn)象與在Al2(SO4)3溶液中加入NaOH溶液直至過量的現(xiàn)象相同,考查了考生類比遷移能力,但也有不同之處,就是溶液和生成物顏色的區(qū)別,結合題意可答出現(xiàn)象是藍紫色溶液變淺,同時有灰藍色沉淀生成,然后沉淀逐漸溶解形成綠色溶液.(2)給出初始濃度為1.0mol·L－1的Na2CrO4溶液中隨c(H＋)的變化圖示信息,實質上是《選修4》課本知識內容.ⅰ)反應為由圖可知,溶液酸性增大,平衡向右移動的平衡轉化率增大;由圖象可知A點時,溶液中由于起始時根據(jù)Cr元素守恒可知A點溶液中濃度為1.0× 10－7mol·L－1;此時該轉化反應的平衡常數(shù)升高溫度,溶液中的平衡轉化率減小,說明平衡逆向移動,根據(jù)平衡移動原理分析該反應正反應是放熱反應,故ΔH＜0.(3)利用Ksp計算考查考生計算能力,當溶液中Cl－完全沉淀時,即c(Cl－)＝1.0×10－5mol·L－1,由Ksp(AgCl)計算:c(Ag＋)＝Ksp(AgCl)/c(Cl－)＝2.0×10－5mol·L－1;再由Ksp(Ag2CrO4)計算: c(CrO24－)＝Ksp(Ag2CrO4)/c2(Ag＋)＝5×10－3mol· L－1.(4)＋6價鉻的化合物毒性較大是因為鉻元素處于高價態(tài),具有較強的氧化性,NaHSO3中的硫是＋4價,具有較強的還原性,所以二者會發(fā)生氧化還原反應,根據(jù)已知條件,結合守恒原理,可寫出二者反應的離子方程式為

鉻元素是第4周期的過渡元素,具有變價特征,鉻及其化合物之間的相互轉化涉及氧化還原反應原理.化學平衡及移動原理、難溶電解質的溶解平衡及移動原理,鉻及其化合物的性質與鋁及其化合物的性質相似現(xiàn)已成為高考的新題材,只要掌握相關原理及其兩性性質,具備一定的知識遷移應用能力,正確解決此類相關考題還是可行的.

(作者單位:黑龍江省七臺河市田家炳高級中學)