Question

【題目】紅鈉礬（重鉻酸鈉： Na2Cr2O72H2O )是重要的基礎化工原料，易溶于水，有強氧化性 ，極毒。2012 年中國科學院研究所發明了以鉻酸鋇為中間體，由銘酸鉀制備高純度重鉻酸鈉的方法。該方法的轉化條件溫和，污染物排放少，流程如下所示。

回答下列問題：

(1)操作I和操作II的名稱均是 ____________, 濾液 I中溶質的主要成分的化學式為_____________。

(2)反應I、II、III中屬于氧化還原反應的是____________________。

(3)高溫煅燒時需加入過量焦炭，發生反應的化學方程式為 ________________．

(4)從平衡角度分析，反應 II 加H2SO4調節 pH 的原因是_______________（用離子方程式表示）； 反應 II 不能用 HCl 替代H2SO4 的原因是_________________。

(5)含Cr2O72- 的廢水需經化學處理，使其濃度降至符合國家有關標準方可排放。通常可在酸性廢水中先加入適量綠礬(FeSO47H2O ) ，將Cr2O72- 還原成Cr3+，發生反應的離子方程式為___________， 再加入過量的石灰水，使 Cr3+轉變為Cr(OH)3沉淀。用該方法處理 c(Cr2O72-) =1.5×10-3 mol·L-1的廢水 10 m3，至少需要綠礬______kg。

Answer 1

【答案】過濾 KOH III BaSO4+4C BaS+4CO↑ 2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O HCl易將Cr2O72- 還原為 Cr3+ (合理即可） 6Fe2++ Cr2O72-+ 14H+=6Fe 3++2 Cr3++7H2O 25.02

【解析】

根據流程圖分析知，K2CrO4溶液中加入Ba(OH)2反應I為：K2CrO4+ Ba(OH)2= BaCrO4↓+KOH，操作I為過濾，濾液I中主要化學成分為KOH；濾渣BaCrO4與硫酸鈉發生反應II：BaCrO4+Na2SO4= BaSO4↓+ Na2CrO4，加入硫酸溶液調節pH，目的是使反應生成的鉻酸根轉化為重鉻酸根，離子方程式為2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O；操作II為過濾，分離出濾渣BaSO4，濾液II的主要成分為Na2Cr2O7，結晶后得到高純度Na2Cr2O72H2O晶體；硫酸鋇沉淀與焦炭高溫煅燒得到BaS，反應為BaSO4+4C BaS+4CO↑；BaS經反應III制備Ba(OH)2，反應為：BaS+MnO2+H2O=MnO+S+Ba(OH)2，MnO被氧化后生成MnO2可循環利用。

(1)根據上述分析，反應I和反應II分別生成BaCrO4沉淀和BaSO4沉淀，所以操作I和操作II目的是分離出沉淀，操作名稱為過濾；濾液I中溶質的主要成分的化學式為KOH，故答案為：過濾；KOH；

(2)反應I、II為復分解反應，反應III中S2-被MnO2氧化，所以屬于氧化還原反應的是反應III，故答案為：III；

(3)高溫煅燒時需加入過量焦炭，BaSO4被焦炭還原生成BaS，C被氧化生成CO，反應的化學方程式為 BaSO4+4C BaS+4CO↑，故答案為：BaSO4+4C BaS+4CO↑；

(4)反應II中加H2SO4調節pH，目的是使反應生成的鉻酸根轉化為重鉻酸根，離子方程式為2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O；反應II不能用 HCl 替代H2SO4 的原因是HCl易將Cr2O72- 還原為 Cr3+，故答案為：2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O；HCl易將Cr2O72- 還原為 Cr3+；

(5) Fe2+將Cr2O72-還原成Cr3+，本身被氧化為Fe3+，根據電子轉移守恒及電荷守恒進行缺項配平得到反應的離子方程式為6Fe2++ Cr2O72-+ 14H+=6Fe 3++2 Cr3++7H2O；根據上述反應得到關系：6Fe2+~Cr2O72-，則n(FeSO47H2O)=6n(Cr2O72-)=6×1.5×10-3/span>mol·L-1×10×103L=90mol，則m(FeSO47H2O)=278g/mol×90mol=25.02 kg，故答案為：6Fe2++ Cr2O72-+ 14H+=6Fe 3++2 Cr3++7H2O；25.02。