Question

含铬的废水具有毒性，必须进行处理才能排放．为实现变废为宝，可将废水经过下列处理得磁性材料Cr_0.5Fe_1.5FeO₄（Fe的化合价依次为+3、+2价），实验流程如下：

已知废水的酸碱性会影响到Cr₂O₇^2-与Cr³⁺之间的相互转化，转化关系如图所示．

（1）预处理①中的关键是

 

；
（2）实验室中操作③所用的玻璃仪器名称是

 

；
（3）写出Cr₂O₇^2-与FeSO₄溶液在酸性条件下反应的离子方程式：

 

；
（4）物质Y中除了有Cr（OH）₃外，还有

 

（填化学式）
（5）已知Cr₂O₇^2-有较强的氧化性，一定条件下可将I^-氧化为I₂，自身还原为Cr³⁺，依此原理实验室可通过以下方法测定废水中Cr₂O₇^2-的浓度：取含Cr₂O₇^2-废水2L蒸发浓缩至100ml，然后用酸性滴定管准确量取10.00mL于锥形瓶中，加入5mL 2mol/L H₂SO₄溶液和足量碘化钾，再加入2mL淀粉指示剂，用0.1000mol/L
Na₂S₂O₃标准溶液滴定（I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-）
①判断达到滴定终点的现象是

 

；
②若实验中共用去Na₂S₂O₃标准溶液12.00mL，则废水中Cr₂O₇^2-的浓度

 

；
③欲使1L该废水中的Cr₂O₇^2-完全转化为Cr₀₅Fe₁₅FeO，理论上在操作②中需要加入

 

g FeSO₄?7H₂O．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质

专题：实验设计题

分析：根据题目信息可知：由Cr₂O₇^2-与Cr³⁺之间的相互转化关系图可知：当pH＜1时，Cr₂O₇^2-转化为Cr³⁺的转化率接近100%，所以进行溶液酸碱性预处理，Cr₂O₇^2-有较强氧化性，FeSO₄?7H₂O中Fe²⁺有一定的还原性，在酸性介质中发生氧化还原反应，Cr₂O₇^2-在酸性条件下将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，自身被还原为Cr³⁺，由于Fe²⁺过量，此时溶液中含有Fe²⁺、Fe³⁺、Cr³⁺，调节PH，碱性条件下Fe²⁺、Fe³⁺不能存在，产生Cr（OH）₃、Fe（OH）₃和Fe（OH）₂三种沉淀物，第③步过滤得到的滤渣中主要成分除Cr（OH）₃外，还有Fe（OH）₂、Fe（OH）₃，灼烧得到磁性材料Cr_0.5Fe_1.5FeO₄．
（1）根据废水pH与Cr₂O₇^2-转化为Cr³⁺的关系图分析；
（2）操作③为过滤，根据过滤确定所需仪器；
（3）Cr₂O₇^2-有较强氧化性，FeSO₄?7H₂O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，第二步反应中Cr₂O₇^2-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；
（4）由题给框图之三可得：Fe²⁺过量，加NaOH时，产生Cr（OH）₃、Fe（OH）₃和Fe（OH）₂三种沉淀物；（5）①碘单质与淀粉作用显蓝色，碘能与亚硫酸钠发生氧化还原反应；
②根据Cr₂O₇^2-+6I^-+14H⁺=2Cr³⁺+3I₂+7H₂O，I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-，可得：Cr₂O₇^2-～3I₂～6S₂O₃^2-关系式，依此进行计算；
③根据Cr原子计算Cr_0.5Fe_1.5FeO₄的物质的量，结合Cr_0.5Fe_1.5FeO₄的物质的量利用Fe原子守恒计算FeSO₄?7H₂O质量．

解答： 解：由Cr₂O₇^2-与Cr³⁺之间的相互转化关系图可知：当pH＜1时，Cr₂O₇^2-转化为Cr³⁺的转化率接近100%，所以进行预处理，Cr₂O₇^2-有较强氧化性，FeSO₄?7H₂O中Fe²⁺有一定的还原性，在酸性介质中发生氧化还原反应，Cr₂O₇^2-在酸性条件下将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，自身被还原为Cr³⁺，碱性条件下Fe²⁺、Fe³⁺不能存在，会转化为Fe（OH）₂、Fe（OH）₃，所以调节PH，第③步过滤得到的滤渣中主要成分除Cr（OH）₃外，还有Fe（OH）₂、Fe（OH）₃，灼烧得到磁性材料Cr_0.5Fe_1.5FeO₄．
（1）根据废水pH与Cr₂O₇^2-转化为Cr³⁺的关系图1可知：当pH＜1时，Cr₂O₇^2-转化为Cr³⁺的转化率接近100%，
故答案为：调节废液pH＜1；
（2）操作③为过滤，需要的玻璃仪器为玻璃棒、漏斗、烧杯，
故答案为：玻璃棒、漏斗、烧杯；
（3）Cr₂O₇^2-有较强氧化性，FeSO₄?7H₂O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，第二步反应中Cr₂O₇^2-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，反应离子方程式为Cr₂O₇^2-+14H⁺+6Fe²⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
故答案为：Cr₂O₇^2-+14H⁺+6Fe²⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；
（4）由于Fe²⁺过量，溶液中含有Fe²⁺、Fe³⁺、Cr³⁺，调节PH，产生Cr（OH）₃、Fe（OH）₃和Fe（OH）₂三种沉淀物，焙烧得到Cr_0.5Fel_1.5FeO₄，
故答案为：Fe（OH）₃、Fe（OH）₂；
（5）①溶液中有碘，加入淀粉溶液呈蓝色，碘与亚硫酸钠发生氧化还原反应，当反应终点时，碘单质反应完全，蓝色褪去，
故答案为：当滴加最后一滴硫代硫酸钠溶液时，溶液蓝色褪去，半分钟内不变色；
②酸性条件下，I^-被Cr₂O₇^2-氧化的产物为I₂．Cr₂O₇^2-+6I^-+14H⁺=2Cr³⁺+3I₂+7H₂O，用0.1000mol/L
Na₂S₂O₃标准溶液滴定I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-，根据反应的关系式计算：
Cr₂O₇^2-～3I₂～6S₂O₃^2-
1mol            6mol
n               0.1000mol?L^-1×0.012L
n=0.0002mol，则废水中Cr₂O₇^2-的浓度0.0002mol÷0.01L÷20=1.00×10^-3mol/L，
故答案为：1.00×10^-3mol/L；
（5）1L废水中含n（Cr₂O₇^2-）=1.00×10^-3mol．根据Cr原子、Fe原子守恒，可得：Cr₂O₇^2-～4Cr_0.5Fe_1.5FeO₄～10FeSO₄?7H₂O，所以理论上n（FeSO₄?7H₂O）=10n（Cr₂O₇^2-）=1.00×10^-3 mol×10=0.01mol，所以m（FeSO₄?7H₂O）=0.01mol×278g/mol=2.78g，
故答案为：2.78．

点评：本题以工业废水处理为载体，考查氧化还原反应、离子反应、关系式计算等，题目难度中等，关键根据实验流程利用氧化还原反应判断发生的离子反应，是对学生综合能力的考查．是一道不错的能力考查题．