Question

【题目】铬是一种银白色金属，化学性质稳定，在化合物中常见+2、+3 和+6 价等价态。工业上以铬铁矿（主要成分为FeO·Cr2O3，含有Al2O3、SiO2等杂质）为主要原料生产金属铬和重铬酸钠Na2Cr2O7·2H2O（已知 Na2Cr2O7 是一种强氧化剂），其主要工艺流程如下：

查阅资料得知：常温下，NaBiO3不溶于水，有强氧化性，在碱性条件下，能将Cr3+转化为CrO42-

回答下列问题：

（1）工业上常采用热还原法制备金属铬，写出以Cr2O3为原料，利用铝热反应制取金属铬的化学方程式_______________。

（2）酸化滤液D时，不选用盐酸的原因是_____________。

（3）固体E的主要成分是Na2SO4，根据如图分析操作a为________________、____________、洗涤、干燥。

（4）已知含+6 价铬的污水会污染环境，电镀厂产生的镀铜废水中往往含有一定量的Cr2O72-。

①Cr(OH)3的化学性质与 Al(OH)3相似。在上述生产过程中加入NaOH 溶液时要控制溶液的pH不能过高，是因为__________________________（用离子方程式表示）；

②下列溶液中可以代替上述流程中Na2S2O3溶液最佳的是___________（填选项序号）；

A．FeSO4溶液 B．浓H2SO4 C．酸性KMnO4溶液 D．Na2SO3溶液

③上述流程中，每消耗0.1 mol Na2S2O3 转移0.8 mole-，则加入Na2S2O3溶液时发生反应的离子方程式为__________________________________。

（5）某厂废水中含1.00×103 mol/L的Cr2O72－，某研究性学习小组为了变废为宝，将废水处理得到磁性材料 Cr0.5Fe1.5FeO4（Cr 的化合价为+3，Fe的化合价依次为+3、+2）。欲使1L该废水中的 Cr2O72－完全转化为Cr0.5Fe1.5FeO4。理论上需要加入________gFeSO47H2O。

（已知FeSO47H2O摩尔质量为278g/mol）

Answer 1

【答案】Cr2O3+2AlAl2O3+2Cr Cr2O72-会氧化Cl-生成氯气，造成污染 蒸发结晶 趁热过滤 Cr(OH)3 +OH-=CrO2-+2H2O D 3S2O32- +4Cr2O72-+26H+=8Cr3++6SO42-+13H2O 2.78

【解析】

铬铁矿（主要成分为FeO和Cr2O3，含有Al2O3、SiO2等杂质），加入过量稀硫酸，固体A为SiO2，溶液A中含有Cr3+、Al3+、Fe2+，在A中加入过氧化氢，可生成Fe3+，调节溶液pH可除去Fe3+、Al3+，生成氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，即固体D，溶液C含有Cr3+，在溶液C中加入NaBiO3和NaOH，发生氧化还原反应，固体D为Bi（OH）3，溶液D含有Na2CrO4，酸化可得Na2Cr2O7，溶液经蒸发浓缩、冷却结晶可得Na2Cr2O72H2O，以此解答该题。

（1）三氧化二铬与铝在高温条件下发生置换反应生成铬与三氧化二铝；

（2）盐酸中的氯是-1价具有还原性，会被CrO42-氧化成氯气；

（3）由图2可知Na2Cr2O7的溶解度随温度的升高而增大，而硫酸钠的温度随温度的升高而降低，所以采用蒸发结晶、趁热过滤的方法分离硫酸钠；

（4）①Cr（OH）3的化学性质与Al（OH）3相似，如果氢氧化钠过量Cr（OH）3会溶解；

②可以代替上述流程中Na2S2O3溶液，需要具有还原性，能还原重铬酸根离子；

③每消耗0.1mol Na2S2O3转移0.8mol e-，Na2S2O3 ～2SO42-～8e-，Cr2O72-～2Cr3+～6e-，依据氧化还原反应电子守恒分析配平书写氧化还原反应的离子方程式；

（5）根据Cr原子、Fe原子守恒，可得：Cr2O72-～4Cr0.5Fe1.5FeO4～10FeSO47H2O，据此计算n（FeSO47H2O），再根据m=nM计算FeSO47H2O的质量。

（1）利用铝热反应制取金属铬的化学方程式：Cr2O3+2AlAl2O3+2Cr；

（2）酸化滤液D时，不选用盐酸的原因是Na2Cr2O7是一种强氧化剂，Cr2O72-会氧化Cl-生成氯气，造成污染；

（3）Na2Cr2O7和Na2SO4溶解度随温度变化情况存在明显差异，故可利用冷却结晶的方法进行分离，实际操作为蒸发结晶、趁热过滤；

（4）①Cr(OH)3的化学性质与Al(OH)3相似，也能溶解在NaOH溶液中，因此加入NaOH溶液时要控制溶液的pH不能过高，过高说明NaOH明显过量，会溶解Cr(OH)3生成NaCrO2：Cr(OH)3 +OH-=CrO2-+2H2O；

②上述流程中Na2S2O3溶液的作用是还原剂，同时氧化产物为Na2SO4，没有增加溶液的成分，故选项D符合题意；

③每消耗0.1molNa2S2O3转移0.8mole-，说明其氧化产物全部为Na2SO4，此时发生反应的离子方程式为：3S2O32- +4Cr2O72-+26H+=8Cr3++6SO42-+13H2O；

（5）根据Cr0.5Fe1.5FeO4中，Cr：Fe=0.5:2.5=1:5；故有n(FeSO4·7H2O)=1.00×10-3mol/L×1L×2×5=10×10-3mol，故质量为2.78g。