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)，其主要工藝流程如下圖：

查閱資料得知：

i．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CrO42-。

ii．

金屬離子	Fe3+	Al3+	Cr3+	Fe2+	Bi3+
開始沉淀的 pH	2.7	3.4	5.0	7.5	0.7
沉淀完全的pH	3.7	4.9	5.9	9.7	4.5

回答下列問題：

(1)固體A的主要成分為____（填化學式）。

(2)步驟③加的試劑為氫氧化鈉溶液，此時溶液pH要調到5.0的目的是____。

(3)寫出④反應的離子反應方程式：____。

(4)取一定質量的固體D溶解于200 mL的硫酸中，向所得溶液中加入5 mol/L的NaOH溶液，生成沉淀的物質的量n與加入NaOH溶液的體積V關系如圖所示，則加入NaOH溶液體積為200~240 mL時發生反應的化學方程式為____，固體D中含鐵化合物的物質的量為____

Ⅱ．經檢測該化工廠的工業廢水中含5.00×10-3mol/L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為____。

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

Answer 1

【答案】SiO2 使Fe3+、Al3+均完全轉化為Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀除去，而Cr3+不沉淀 3NaBiO3+2Cr3++7OH- +H2O==2CrO42-+3Na++3Bi(OH)3 NaOH+Al(OH)3==NaAlO2+2H2O 0.1mol Cr2O72-+14H++6Fe2+==2Cr3++6Fe3++7H2O 13.9

【解析】

鉻鐵礦(主要成分為FeO和Cr2O3，含有Al2O3、SiO2等雜質）中加入過量硫酸，FeO、Cr2O3、Al2O3溶解生成Cr2(SO4)3、FeSO4、Al2(SO4)3，從而得到溶液B，沉淀A為SiO2；溶液B中加入H2O2，Fe2+被氧化為Fe3+，得到溶液C；調節pH使Fe3+、Al3+全部轉化為沉淀，得到固體D，所得溶液E中主要含有Cr3+；加入NaBiO3和少量NaOH溶液，此時生成的Bi3+轉化為Bi(OH)3沉淀，Cr3+被氧化為CrO42-，得到溶液F；將溶液F酸化，CrO42-轉化為Cr2O72-，得到溶液H；蒸發結晶得到紅礬鈉(主要成分Na2Cr2O7．2H2O)。

(1)由以上分析知，固體A的主要成分為SiO2。答案為：SiO2；

(2)步驟③中，需將Al3+、Fe3+除去，于是加入了氫氧化鈉溶液，此時溶液pH要調到5.0的目的是使Fe3+、Al3+均完全轉化為Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀除去，而Cr3+不沉淀。答案為：使Fe3+、Al3+均完全轉化為Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀除去，而Cr3+不沉淀；

(3)步驟④中，加入NaBiO3和少量NaOH溶液，此時生成的Bi3+轉化為Bi(OH)3沉淀，Cr3+被氧化為CrO42-，反應的離子反應方程式：3NaBiO3+2Cr3++7OH- +H2O==2CrO42-+3Na++3Bi(OH)3。答案為：3NaBiO3+2Cr3++7OH- +H2O==2CrO42-+3Na++3Bi(OH)3；

(4)從圖中可以看出，NaOH溶液的體積，從200mL增加到240mL，主要是將Al(OH)3轉化為AlO2-，發生反應的化學方程式為NaOH+Al(OH)3==NaAlO2+2H2O；則將Al3+轉化為Al(OH)3，需要消耗NaOH溶液40mL×3=120mL，則Fe3+轉化為Fe(OH)3需消耗NaOH溶液200mL-20mL-120mL=60mL，n[Fe(OH)3]=×5 mol/L×0.06L=0.1mol。答案為：NaOH+Al(OH)3==NaAlO2+2H2O；0.1mol；

Ⅱ．(5)第①步操作，Fe2+將Cr2O72-還原為Cr3+，Fe2+轉化為Fe3+，發生反應的離子方程式為Cr2O72-+14H++6Fe2+==2Cr3++6Fe3++7H2O。答案為：Cr2O72-+14H++6Fe2+==2Cr3++6Fe3++7H2O；

(6)欲使1 L該廢水中的n(Cr2O72-)=5.00×10-3mol/L×1L=5.00×10-3mol，依據質量守恒，完全轉化為Cr0.5Fe1.5FeO4的物質的量為0.02mol，理論上需要加FeSO4．7H2O的物質的量為0.02mol×2.5=0.05mol，質量為0.05mol×278 g/mol =13.9g。答案為：13.9。