Question

某廠廢水中含5.00×10^-3mol?L^-1的Cr₂O₇^2-，其毒性較大．某研究性學習小組為了變廢為寶，將廢水處理得到磁性材料Cr_0.5Fe_1.5FeO₄（Fe的化合價依次為+3、+2），設計了如下
實驗流程：
（1）第①步反應的離子方程式是

Cr₂O₇^2-+14H⁺+6Fe²⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O

（2）第②步過濾得到的濾渣中主要成分除Cr（OH）₃外，還有

Fe（OH）₃、Fe（OH）₂

（3）欲使1L該廢水中的Cr₂O₇^2-完全轉化為Cr_0.5Fe_1.5FeO₄．理論上需要加入

13.9

gFeSO₄?7H₂O．

Answer 1

分析：（1）Cr2O₇^2-有較強氧化性，FeSO₄?7H₂O中Fe²⁺有一定的還原性，在酸性介質中發生氧化還原反應，由實驗流程可知，第①步反應中Cr₂O₇^2-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．再根據電子轉移守恒、電荷守恒、原子守恒配平；
（2）堿性條件下Fe²⁺、Fe³⁺不能存在，會轉化為Fe（OH）₂、Fe（OH）₃；
（3）根據Cr原子計算Cr_0.5Fe_1.5FeO₄的物質的量，結合Cr_0.5Fe_1.5FeO₄的物質的量利用Fe原子守恒計算FeSO₄?7H₂O質量．

解答：解：（1）Cr2O₇^2-有較強氧化性，FeSO₄?7H₂O中Fe²⁺有一定的還原性，在酸性介質中發生氧化還原反應，由實驗流程可知，第①步反應中Cr₂O₇^2-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Cr₂O₇^2-+14H⁺+6Fe²⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
故答案為：Cr₂O₇^2-+14H⁺+6Fe²⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；
（2）由題給框圖之二可得：Fe²⁺過量，加NaOH時，產生Cr（OH）₃、Fe（OH）₃和Fe（OH）2三種沉淀物，
故答案為：Fe（OH）₃、Fe（OH）₂；
（3）1 L廢水中含n（Cr₂O₇^2-）=5.00×10^-3 mol．根據Cr原子、Fe原子守恒，可得：
Cr₂O₇^2-～～～4Cr0.5Fe1.5FeO₄～～～10FeSO₄?7H₂O，
所以理論上n（FeSO₄?7H₂O）=10n（Cr₂O₇^2-）=5.00×10^-3 mol×10=0.05 mol，
所以m（FeSO₄?7H₂O）=0.05 mol×278 g/mol=13.9 g．
故答案為：13.9．

點評：本題以工業廢水處理為載體，考查氧化還原反應、離子反應、關系式計算等，難度中等，關鍵根據實驗流程利用氧化還原反應判斷發生的離子反應，是對學生綜合能力的考查．是一道不錯的能力考查題．