题目内容
【题目】Ⅰ.宜城市鄂西化工厂以铬铁矿(主要成分为 FeO 和 Cr2O3，含有 Al2O3、SiO2 等杂质)为主要原料生产化工原料红矾钠(主要成分 Na2Cr2O7·2H2O)，工艺流程如下图：
i.常温，NaBiO3不溶于水，有强氧化性，碱性条件下，能将Cr3+转化为 CrO42－。ii．
金属离子 | Fe3+ | Al3+ | Cr3+ | Fe2+ | Bi3+ |
开始沉淀的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)步骤③需加氢氧化钠溶液，此时pH要调到5的目的是__________________。
(2)写出④反应的离子方程式____________________________________。
(3)将溶液 H 经过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤，洗涤，干燥即得红矾钠粗晶体，精制红矾钠粗晶体需要采用的操作是______________(填操作名称)。
Ⅱ.经检测鄂西化工厂的工业废水中含 5.00×10-3 mol·L-1 的 Cr2O72-，其毒性较大。该化工厂的科研人员为了变废为宝，将废水处理得到磁性材料 Cr0.5Fe1.5FeO4（Fe 的化合价依次为+3、+2），又设计了如下工艺流程：
(1)第①步反应的离子方程式是_________________________________________。
(2)欲使 1L 该废水中的 Cr2O72-完全转化为 Cr0.5Fe1.5FeO4。理论上需要加入FeSO4·7H2O的质量为_________g (已知 FeSO4·7H2O 的摩尔质量为 278 g/mol)。
【答案】使 Fe3+、Al3+均完全转化为 Fe(OH)3 和 Al(OH)3 沉淀而除去 3NaBiO3+2Cr3+ +7OH-+H2O=3Bi(OH)3+2CrO42-+3Na+ 重结晶 Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O 13.9
【解析】
I.由流程图可知，铬铁矿（主要成分为FeO和Cr2O3，含有Al2O3、SiO2等杂质）加过量硫酸FeO、Cr2O3和Al2O3都溶解，SiO2不溶，经过滤分离得到固体A和溶液B，则固体A为SiO2；溶液B中含有Fe2＋、Al3＋、Cr3＋，加入H2O2目的是将Fe2＋氧化为Fe3＋，第③步是调溶液pH，使Fe3＋形成氢氧化铁沉淀，同时Al3＋变成氢氧化铝沉淀而除去，固体D为氢氧化铁和氢氧化铝混合物；第④步加入NaBiO3和少量NaOH溶液将Cr3＋转化为CrO42－；第⑤步中酸化是使CrO42－转化为Cr2O72－；第⑥步经蒸发浓缩，冷却结晶，过滤，洗涤，干燥即得红矾钠
Ⅱ.（1）第①步反应中Cr2O72－在酸性条件下将Fe2＋氧化为Fe3＋，自身被还原为Cr3＋；
（2）根据Cr原子计算Cr0.5Fe1.5FeO4的物质的量，结合Cr0.5Fe1.5FeO4的物质的量利用Fe原子守恒计算FeSO4·7H2O质量。
（1）从氢氧化物形成沉淀的pH表格可知，③为加入物质来调节溶液的pH，使 Fe3＋、Al3＋均完全转化为 Fe（OH）3 和 Al（OH）3 沉淀而除去；
（2）常温下，NaBiO3不溶于水，有强氧化性，在碱性条件下，能将Cr3＋转化为CrO42－，则反应④的离子方程式为3NaBiO3+2Cr3＋+7OH－+H2O=2CrO42－+3Na＋+3Bi（OH）3↓；
（3）精制红矾钠粗晶体需要采用的操作是重结晶；
Ⅱ.（1）Cr2O72－有较强氧化性，FeSO4·7H2O中Fe2＋有一定的还原性，Cr2O72－在酸性条件下将Fe2＋氧化为Fe3＋，自身被还原为Cr3＋，根据守恒元素守恒及所处环境可知，还应有水生成，反应离子方程式为Cr2O72－+14H＋+6Fe2＋=2Cr3＋+6Fe3＋+7H2O；
（2）1 L废水中含n（Cr2O72－）=5.00×10-3 mol．根据Cr原子、Fe原子守恒，可得：
Cr2O72－～4Cr0.5Fe1.5FeO4～10FeSO4·7H2O，
所以理论上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。
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