Question

【题目】Ⅰ.某化工厂以铬铁矿(主要成分为 FeO 和 Cr2O3 ，含有 Al2O3、SiO2 等杂质)为主要原料生产化工原料红矾钠(主要成分 Na2Cr2O7 ·2H2O)，其主要工艺流程如下图：

查阅资料得知:

i．常温下，NaBiO3 不溶于水，有强氧化性，在碱性条件下，能将 Cr 3+ 转化为CrO42－ 。

ii．

回答下列问题：

(1)步骤③加的试剂为氢氧化钠溶液，此时溶液 pH 要调到5的目的是_________ 。

(2)写出④反应的离子反应方程式：________________

(3)将溶液 H 经过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤，洗涤，干燥即得红矾钠粗晶体，精制红矾钠粗晶体需要采用的操作是____________ (填操作名称)。

(4)取一定质量的固体 D 溶解于 200mL 的硫酸中，向所得溶液中加入5mol/L 的NaOH 溶液，生成沉淀的物质的量n与加入NaOH 溶液的体积V 关系如图所示，则硫酸的浓度为_______ ，固体 D 中含铁化合物的物质的量为__________ 。

Ⅱ.经检测该化工厂的工业废水中含 5.00×10 -3 mol·L -1 的 Cr2O72- ，其毒性较大。该化工厂的科研人员为了变废为宝，将废水处理得到磁性材料 Cr0.5Fe1.5FeO4 （Fe 的化合价依次为+3、+2），又设计了如下工艺流程：

(1)第①步反应的离子方程式_______________ 。

(2)欲使 1L 该废水中的 Cr2O72- 完全转化为 Cr 0.5 Fe 1.5 FeO4 。理论上需要加FeSO4 ·7H2O 的质量为 ________g (已知 FeSO 4 ·7H2O 的摩尔质量为 278g/mol)。

Answer 1

【答案】使Fe3+、Al3+均完全转化为Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀而除去 3NaBiO3+2Cr3++7OH+H2O=2CrO42+3Na++3Bi(OH)3 重结晶 2.5mol/L 0.1mol Cr2O72-+14H++6Fe2+=2Cr3+ +6Fe3++7H2O 13.9

【解析】

Ⅰ.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B中含有Cr3+、Al3+、Fe2+，在B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E含有Cr3+，在溶液E中加入NaBiO3和NaOH，发生氧化还原反应，固体G为Bi(OH)3，溶液F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。

Ⅱ.Cr2O72-有较强氧化性，FeSO47H2O中Fe2+有一定的还原性，在酸性介质中发生氧化还原反应，由实验流程可知，第①步反应中Cr2O72-在酸性条件下将Fe2+氧化为Fe3+，自身被还原为Cr3+，根据守恒元素守恒及所处环境可知，还应有水生成．再根据电子转移守恒、电荷守恒、原子守恒配平；根据Cr原子计算Cr0.5Fe1.5FeO4的物质的量，结合Cr0.5Fe1.5FeO4的物质的量，利用Fe原子守恒计算FeSO47H2O质量。

（1）根据表格数据分析，步骤③加的试剂为氢氧化钠溶液，此时溶液pH要调到5的目的使Fe3+、Al3+均完全转化为Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀而除去，而铬离子不沉淀，

故答案为：使Fe3+、Al3+均完全转化为Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀而除去；

（2）在溶液E中加入NaBiO3和NaOH,发生氧化还原反应，固体G为Bi(OH)3，反应的离子方程式为3NaBiO3+2Cr3++7OH+H2O=2CrO42+3Na++3Bi(OH)3，

故答案为：3NaBiO3+2Cr3++7OH+H2O=2CrO42+3Na++3Bi(OH)3；

（3）将溶液H经过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤，洗涤，干燥即得红矾钠粗晶体，此操作为重结晶，

故答案为：重结晶；

(4)由图象可知加入NaOH200mL时沉淀完全，此时溶液为，则，，加入200mL～240mL时发生，则，从20mL到200mL，生成和，，所以固体D中含化合物的物质的量为0.1mol，

故答案为：2.5mol/L；0.1mol；

Ⅱ. (1) Cr2O72-有较强氧化性，FeSO47H2O中Fe2+有一定的还原性，在酸性介质中发生氧化还原反应，实验流程可知，第①步反应中Cr2O72-在酸性条件下将Fe2+氧化为Fe3+，自身被还原为Cr3+ ，根据元素守恒及所处环境可知，还应有水生成，反应离子方程式为Cr2O72-+14H++6Fe2+=2Cr3+ +6Fe3++7H2O，

故答案为：Cr2O72-+14H++6Fe2+=2Cr3+ +6Fe3++7H2O；

(2) 1L废水中含n(Cr2O72-) = 5.00×10-3mol，根据Cr原子、Fe原子守恒，可得Cr2O72-~ 4Cro.5Fe1.5FeO4 ~ 10FeSO47H2O，所以理论上n(FeSO47H2O)= 10n(Cr2O72-)=5.00×10-3mol ×10= 0.05mol，所以m(FeSO47H2O) = 0.05mol ×278g/mol = 13.9g，

故答案为：13.9。