Question

【題目】Ⅰ.某化工廠以鉻鐵礦(主要成分為FeO和Cr2O3，含有Al2O3、SiO2等雜質)為主要原料生產化工原料紅礬鈉(主要成分Na2Cr2O7·2H2O)，工藝流程如圖：

i.常溫，NaBiO3不溶于水，有強氧化性，堿性條件下，能將Cr3+轉化為CrO42-。

ii.常溫時，部分金屬離子開始沉淀和完全沉淀時的pH值

（1）步驟①提高酸溶速率的措施__(任填一條即可)。固體A的成分是___。

（2）步驟③需加氫氧化鈉溶液調節pH，調節pH范圍為__，目的是__。

（3）寫出④反應的離子方程式__。

（4）將溶液H經過__即得紅礬鈉粗晶體。

Ⅱ.經該工廠的工業廢水中含1.00×10-3mol·L-1的Cr2O72-，其毒性較大。該化工廠的科研人員為了變廢為寶，將廢水處理得到磁性材料Cr0.5Fe1.5FeO4（Fe的化合價依次為+3、+2），又設計了如下工藝流程：

（5）第①步反應的離子方程式是__。

（6）常溫時，如忽略步驟①所加FeSO4·7H2O所引起的溶液體積變化，依據上表數據，則步驟②加入NaOH溶液調節溶液的pH至9時，溶液中Cr3+的濃度為___mol/L（101/2≈3.2）。

（7）欲使1L該廢水中的Cr2O72-完全轉化為Cr0.5Fe1.5FeO4。理論上需要加入FeSO4·7H2O的質量為__g(已知FeSO4·7H2O的摩爾質量為278g/mol)。

Answer 1

【答案】加熱/攪拌/粉碎/適當提高稀硫酸的濃度(任寫一條) SiO2 4.9≤pH＜5.5 使Fe3+、Al3+均完全轉化為Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀而除去 3NaBiO3 + 2Cr3+ +7OH－ + H2O = 2Cr2O72 + 3Bi(OH)3↓+3Na+ 蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌干燥 Cr2O72 + 6Fe2++14H+ = 2Cr3+ + 6Fe3++7H2O 6.4×1014 2.78

【解析】

鉻鐵礦中的FeO、Cr2O3和Al2O3均能溶于硫酸，SiO2不溶，過濾，向濾液中加入雙氧水，氧化亞鐵離子，步驟③的目的是使Fe3+、Al3+沉淀，過濾，向濾液中加入NaBiO3、NaOH，能將Cr3+轉化為Cr2O72，過濾，將濾液蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌干燥得到Na2Cr2O7·2H2O。

⑴加熱、攪拌、粉碎、適當提高稀硫酸的濃度均可加快化學反應速率，任答一種即可。按照元素化合物知識，鉻鐵礦中的FeO、Cr2O3和Al2O3均能溶于硫酸，SiO2不溶，故第①步得到的固體A為SiO2；故答案為：加熱/攪拌/粉碎/適當提高稀硫酸的濃度(任寫一條)；SiO2。

⑵步驟③的目的是使Fe3+、Al3+均完全轉化為Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀而除去，但不能使Cr3+沉淀，故需要調節的pH范圍為4.9≤pH＜5.5，故答案為：4.9≤pH＜5.5；使Fe3+、Al3+均完全轉化為Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀而除去。

⑶常溫下，NaBiO3不溶于水，有強氧化性，在堿性條件下，能將Cr3+轉化為Cr2O72，則反應的離子方程式為3NaBiO3 + 2Cr3+ +7OH－ + H2O = 2Cr2O72 + 3Bi(OH)3↓+3Na+；故答案為：3NaBiO3 + 2Cr3+ +7OH－ + H2O = 2Cr2O72 + 3Bi(OH)3↓+3Na+。

⑷溶液H得紅礬鈉粗晶體需經過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌干燥；故答案為：蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌干燥。

⑸Cr2O72有強氧化性，FeSO4·7H2O中Fe2+有一定的還原性，在酸性條件下將Fe2+氧化為Fe3+，自身被還原為Cr3+，根據元素守恒及所處環境可知，還有水生成，反應離子方程式為Cr2O72 + 6Fe2++14H+ = 2Cr3+ + 6Fe3++7H2O；故答案為：Cr2O72 + 6Fe2++14H+ = 2Cr3+ + 6Fe3++7H2O。

⑹常溫時，如忽略步驟①所加FeSO4·7H2O所引起的溶液體積變化，依據上表數據得到Cr3+開始沉淀時pH =5.5，即，則，步驟②加入NaOH溶液調節溶液的pH至9時，，則溶液中Cr3+的濃度為，；故答案為；6.4×1014 mol·L1。

⑺欲使1L該廢水中n(Cr2O72)=1×103 mol，根據Cr原子、Fe原子守恒，可得Cr2O72～4Cr0.5Fe1.5FeO4～10FeSO4·7H2O，因此理論上n(FeSO4·7H2O)=10n(Cr2O72)=10×1×103 mol =0.01mol，所以質量m(FeSO4·7H2O) = 0.01mol×278 gmol1=2.78g；故答案為2.78g。