Question

【題目】Ⅰ.宜城市鄂西化工廠以鉻鐵礦(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)，工藝流程如下圖：

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．

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

(1)步驟③需加氫氧化鈉溶液，此時pH要調到5的目的是__________________。

(2)寫出④反應的離子方程式____________________________________。

(3)將溶液 H 經過蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾，洗滌，干燥即得紅礬鈉粗晶體，精制紅礬鈉粗晶體需要采用的操作是______________(填操作名稱)。

Ⅱ.經檢測鄂西化工廠的工業廢水中含 5.00×10-3 mol·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：

(1)第①步反應的離子方程式是_________________________________________。

(2)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 278 g/mol)。

Answer 1

【答案】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=3Bi(OH)3+2CrO42-+3Na+ 重結晶 Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O 13.9

【解析】

I.由流程圖可知，鉻鐵礦（主要成分為FeO和Cr2O3，含有Al2O3、SiO2等雜質）加過量硫酸FeO、Cr2O3和Al2O3都溶解，SiO2不溶，經過濾分離得到固體A和溶液B，則固體A為SiO2；溶液B中含有Fe2＋、Al3＋、Cr3＋，加入H2O2目的是將Fe2＋氧化為Fe3＋，第③步是調溶液pH，使Fe3＋形成氫氧化鐵沉淀，同時Al3＋變成氫氧化鋁沉淀而除去，固體D為氫氧化鐵和氫氧化鋁混合物；第④步加入NaBiO3和少量NaOH溶液將Cr3＋轉化為CrO42－；第⑤步中酸化是使CrO42－轉化為Cr2O72－；第⑥步經蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾，洗滌，干燥即得紅礬鈉

Ⅱ.（1）第①步反應中Cr2O72－在酸性條件下將Fe2＋氧化為Fe3＋，自身被還原為Cr3＋；

（2）根據Cr原子計算Cr0.5Fe1.5FeO4的物質的量，結合Cr0.5Fe1.5FeO4的物質的量利用Fe原子守恒計算FeSO4·7H2O質量。

（1）從氫氧化物形成沉淀的pH表格可知，③為加入物質來調節溶液的pH，使 Fe3＋、Al3＋均完全轉化為 Fe（OH）3 和 Al（OH）3 沉淀而除去；

（2）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－，則反應④的離子方程式為3NaBiO3+2Cr3＋+7OH－+H2O=2CrO42－+3Na＋+3Bi（OH）3↓；

（3）精制紅礬鈉粗晶體需要采用的操作是重結晶；

Ⅱ.（1）Cr2O72－有較強氧化性，FeSO4·7H2O中Fe2＋有一定的還原性，Cr2O72－在酸性條件下將Fe2＋氧化為Fe3＋，自身被還原為Cr3＋，根據守恒元素守恒及所處環境可知，還應有水生成，反應離子方程式為Cr2O72－+14H＋+6Fe2＋=2Cr3＋+6Fe3＋+7H2O；

（2）1 L廢水中含n（Cr2O72－）=5.00×10-3 mol．根據Cr原子、Fe原子守恒，可得：

Cr2O72－～4Cr0.5Fe1.5FeO4～10FeSO4·7H2O，

所以理論上n（FeSO4·7H2O）=10n（Cr2O72－）=5.00×10-3 mol×10=0.05 mol，

所以m（FeSO4·7H2O）=0.05 mol×278 g·mol－1=13.9 g。