Question

【题目】铬是一种具有战略意义的金属，它具有多种价态，单质铬熔点为1857 ℃。

（1）工业上以铬铁矿［主要成分是Fe(CrO2)2］为原料冶炼铬的流程如图所示：

①Fe(CrO2)2中各元素化合价均为整数，则铬为_______价。

②高温氧化时反应的化学方程式为_____________________。

③操作a由两种均发生了化学反应的过程构成的，其内容分别是__________、铝热反应。

（2）Cr(OH)3是两性氢氧化物，请写出其分别与NaOH、稀硫酸反应时生成的两种盐的化学式______________、___________________________。

（3）水中的铬元素对水质及环境均有严重的损害作用，必须进行无害化处理。

①处理含有Cr2O72-的污水方法通常为：用铁作电极电解污水，Cr2O72-被阳极区生成的离子还原成为Cr3+，生成的Cr3+与阴极区生成的OH结合生成Cr(OH)3沉淀除去。则阴极上的电极反应式为______________，若要处理含10 mol Cr2O72-的污水，则至少需要消耗的铁为_______g。

②转化为重要产品磁性铁铬氧体 (CrxFeyOz)：先向含CrO42-的污水中加入适量的硫酸及硫酸亚铁，待充分反应后再通入适量空气（氧化部分Fe2+）并加入NaOH，就可以使铬、铁元素全部转化为磁性铁铬氧体。写出CrO42-在酸性条件下被Fe2+还原为Cr3+ 的离子方程式：_____，若处理含1 mol CrO42-（不考虑其它含铬微粒）的污水时恰好消耗10 mol FeSO4，则当铁铬氧体中n(Fe2+)∶n(Fe3+)=3∶2时，铁铬氧体的化学式为__________。

Answer 1

【答案】+34Fe(CrO2)2+7O2+8Na2CO32Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2灼烧使 Cr(OH)3分解NaCrO2Cr2(SO4)32H2O+2e=2OH+H2 ↑（或者2H++2e=H2↑）33603Fe2++ CrO42-+8H+=3Fe3++Cr3++4H2OCr2Fe20O27

【解析】

（1）①根据化合物中各元素的正负化合价代数和为0分析。

②根据流程确定反应物和生成物，用化合价升降法配平书写化学方程式。

③由流程Cr（OH）3→Cr和铝热反应逆推。

（2）模仿Al（OH）3与NaOH、稀硫酸的反应确定生成物。

（3）①在阴极H+放电，根据电子守恒和原子守恒计算。

②根据化合价升降法配平书写离子方程式，根据原子守恒和电荷守恒确定化学式。

（1）①Fe（CrO2）2中Fe、Cr的化合价分别为+x、+y，根据化合物中各元素的正负化合价代数和为0，（+x）+2×（+y）+4×（-2）=0，x、y均为整数，经讨论x=2，y=3，Fe的化合价为+2价，Cr的化合价为+3价。

②根据流程，高温氧化时Fe（CrO2）2与Na2CO3、O2反应生成CO2、Fe2O3、Na2CrO4，反应可写成Fe（CrO2）2+Na2CO3+O2→CO2+Fe2O3+Na2CrO4，在反应中Fe元素的化合价由+2价升至+3价、Cr元素的化合价由+3价升至+6价，1molFe（CrO2）2参与反应失去7mol电子，1molO2参与反应得到4mol电子，根据电子守恒和原子守恒配平，高温氧化时反应的化学方程式为：4Fe（CrO2）2+8Na2CO3+7O28CO2+2Fe2O3+8Na2CrO4。

③操作a将Cr（OH）3经两步反应生成Cr，后一步为铝热反应，则第一步反应为灼烧使Cr（OH）3分解，两步反应的化学方程式为2Cr（OH）3Cr2O3+3H2O、2Al+Cr2O3Al2O3+2Cr。

（2）Cr（OH）3与Al（OH）3都属于两性氢氧化物，模仿Al（OH）3与NaOH、稀硫酸的反应，Cr（OH）3与NaOH、稀硫酸反应的化学方程式分别为Cr（OH）3+NaOH=NaCrO2+2H2O、2Cr（OH）3+3H2SO4=Cr2（SO4）3+6H2O，Cr（OH）3与NaOH、稀硫酸反应生成的盐的化学式为NaCrO2、Cr2（SO4）3。

（3）①以Fe作电极，阳极电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，阴极电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-（或2H++2e-=H2↑）。在阳极区Fe2+将Cr2O72-还原为Cr3+，Fe2+自身被氧化成Fe3+，1molCr2O72-得到6mol电子生成2molCr3+，1molFe2+失去1mol电子生成1molFe3+，根据得失电子守恒，n（Fe2+）=6n（Cr2O72-）=6×10mol=60mol，根据Fe守恒，至少需要消耗Fe的物质的量为60mol，至少需要消耗Fe的质量为60mol×56g/mol=3360g。

②酸性条件下CrO42-被Fe2+还原为Cr3+，Fe2+被氧化成Fe3+，反应可写成Fe2++CrO42-+H+→Fe3++Cr3++H2O，在反应中1molFe2+失去1mol电子，1molCrO42-得到3mol电子，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒，CrO42-在酸性条件下被Fe2+还原为Cr3+的离子方程式为3Fe2++CrO42-+8H+=3Fe3++Cr3++4H2O。根据Fe守恒，铁铬氧体中n（Fe2+）=10mol×=6mol，n（Fe3+）=10mol×=4mol，根据Cr守恒，铁铬氧体中n（Cr3+）=n（CrO42-）=1mol，根据电荷守恒，铁铬氧体中n（O2-）==13.5mol，铁铬氧体中n（Cr）：n（Fe）：n（O）=1mol：10mol：13.5mol=2:20:27，铁铬氧体的化学式为Cr2Fe20O7。