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(zhì))為主要原料生產(chǎn)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(qiáng)氧化性，在堿性條件下，能將 Cr 3+ 轉(zhuǎn)化為CrO42－ 。

ii．

回答下列問(wèn)題：

(1)步驟③加的試劑為氫氧化鈉溶液，此時(shí)溶液 pH 要調(diào)到5的目的是_________ 。

(2)寫出④反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式：________________

(3)將溶液 H 經(jīng)過(guò)蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)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)。

(4)取一定質(zhì)量的固體 D 溶解于 200mL 的硫酸中，向所得溶液中加入5mol/L 的NaOH 溶液，生成沉淀的物質(zhì)的量n與加入NaOH 溶液的體積V 關(guān)系如圖所示，則硫酸的濃度為_______ ，固體 D 中含鐵化合物的物質(zhì)的量為__________ 。

Ⅱ.經(jīng)檢測(cè)該化工廠的工業(yè)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(jià)依次為+3、+2），又設(shè)計(jì)了如下工藝流程：

(1)第①步反應(yīng)的離子方程式_______________ 。

(2)欲使 1L 該廢水中的 Cr2O72- 完全轉(zhuǎn)化為 Cr 0.5 Fe 1.5 FeO4 。理論上需要加FeSO4 ·7H2O 的質(zhì)量為 ________g (已知 FeSO 4 ·7H2O 的摩爾質(zhì)量為 278g/mol)。

Answer 1

【答案】使Fe3+、Al3+均完全轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀而除去 3NaBiO3+2Cr3++7OH+H2O=2CrO42+3Na++3Bi(OH)3 重結(jié)晶 2.5mol/L 0.1mol Cr2O72-+14H++6Fe2+=2Cr3+ +6Fe3++7H2O 13.9

【解析】

Ⅰ.鉻鐵礦（主要成分為FeO和Cr2O3，含有Al2O3、SiO2等雜質(zhì)），加入過(guò)量稀硫酸，固體A為SiO2，溶液B中含有Cr3+、Al3+、Fe2+，在B中加入過(guò)氧化氫，可生成Fe3+，調(diào)節(jié)溶液pH可除去Fe3+、Al3+，生成氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀，即固體D，溶液E含有Cr3+，在溶液E中加入NaBiO3和NaOH，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，固體G為Bi(OH)3，溶液F含有Na2CrO4，酸化可得Na2Cr2O7，溶液經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶可得Na2Cr2O72H2O，以此解答該題。

Ⅱ.Cr2O72-有較強(qiáng)氧化性，FeSO47H2O中Fe2+有一定的還原性，在酸性介質(zhì)中發(fā)生氧化還原反應(yīng)，由實(shí)驗(yàn)流程可知，第①步反應(yīng)中Cr2O72-在酸性條件下將Fe2+氧化為Fe3+，自身被還原為Cr3+，根據(jù)守恒元素守恒及所處環(huán)境可知，還應(yīng)有水生成．再根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒、電荷守恒、原子守恒配平；根據(jù)Cr原子計(jì)算Cr0.5Fe1.5FeO4的物質(zhì)的量，結(jié)合Cr0.5Fe1.5FeO4的物質(zhì)的量，利用Fe原子守恒計(jì)算FeSO47H2O質(zhì)量。

（1）根據(jù)表格數(shù)據(jù)分析，步驟③加的試劑為氫氧化鈉溶液，此時(shí)溶液pH要調(diào)到5的目的使Fe3+、Al3+均完全轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀而除去，而鉻離子不沉淀，

故答案為：使Fe3+、Al3+均完全轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀而除去；

（2）在溶液E中加入NaBiO3和NaOH,發(fā)生氧化還原反應(yīng)，固體G為Bi(OH)3，反應(yīng)的離子方程式為3NaBiO3+2Cr3++7OH+H2O=2CrO42+3Na++3Bi(OH)3，

故答案為：3NaBiO3+2Cr3++7OH+H2O=2CrO42+3Na++3Bi(OH)3；

（3）將溶液H經(jīng)過(guò)蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾，洗滌，干燥即得紅礬鈉粗晶體，此操作為重結(jié)晶，

故答案為：重結(jié)晶；

(4)由圖象可知加入NaOH200mL時(shí)沉淀完全，此時(shí)溶液為，則，，加入200mL～240mL時(shí)發(fā)生，則，從20mL到200mL，生成和，，所以固體D中含化合物的物質(zhì)的量為0.1mol，

故答案為：2.5mol/L；0.1mol；

Ⅱ. (1) Cr2O72-有較強(qiáng)氧化性，FeSO47H2O中Fe2+有一定的還原性，在酸性介質(zhì)中發(fā)生氧化還原反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)流程可知，第①步反應(yīng)中Cr2O72-在酸性條件下將Fe2+氧化為Fe3+，自身被還原為Cr3+ ，根據(jù)元素守恒及所處環(huán)境可知，還應(yīng)有水生成，反應(yīng)離子方程式為Cr2O72-+14H++6Fe2+=2Cr3+ +6Fe3++7H2O，

故答案為：Cr2O72-+14H++6Fe2+=2Cr3+ +6Fe3++7H2O；

(2) 1L廢水中含n(Cr2O72-) = 5.00×10-3mol，根據(jù)Cr原子、Fe原子守恒，可得Cr2O72-~ 4Cro.5Fe1.5FeO4 ~ 10FeSO47H2O，所以理論上n(FeSO47H2O)= 10n(Cr2O72-)=5.00×10-3mol ×10= 0.05mol，所以m(FeSO47H2O) = 0.05mol ×278g/mol = 13.9g，

故答案為：13.9。