Question

【题目】工业上以铬铁矿(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(主要成分为:Na2Cr2O7·2H2O)，其主要工艺流程如下：

查阅相关资料得知:

i.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-。

ii.

物质	开始沉淀的pH	完全沉淀的pH
Fe(OH)3	2.7	3.7
Al(OH)3	3.4	4.4
Cr(OH)3	4.6	5.9
Fe(OH)2	7.5	9.7
Bi(OH)3	0.7	4.5

回答下列问题:

(1)固体A的成分是____________。

(2)操作I、III、IV用到的主要玻璃仪器有玻璃棒和_______ 、______（填仪器名称）。

(3)③为加入物质来调节溶液的pH，则pH的合适范围是_______ 。

(4)写出④反应的离子方程式_____________________________。

(5)⑤中酸化是使CrO42-转化为Cr2O72-写出该反应的离子方程式_________________。

(6)取一定质量的固体D溶解于200 mL的稀硫酸中，向所得溶液中加入5.0 mol/L的NaOH溶液，生成沉淀的物质的量（n）与加入NaOH溶液的体积（V）关系如图所示，则稀硫酸的浓度为_________，固体D中含Fe化合物的物质的量为___________。

Answer 1

【答案】SiO2漏斗烧杯4.4-4.63NaBiO3 + 2Cr3++ 7OH－+ H2O = 2CrO42-+ 3Na+ +3Bi(OH)3↓2CrO42-+2H+ Cr2O72-+H2O2.5mol·L－1 0.10mol

【解析】

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，据此分析。

（1）根据以上分析，固体A的成分是SiO2，

因此，本题正确答案为：SiO2；

（2）操作Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ均是过滤，则用到的主要玻璃仪器有玻璃棒和漏斗、烧杯，

因此，本题正确答案为：漏斗 ；烧杯；

（3）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+和Al3+沉淀，而Cr3+不沉淀，则pH的合适范围是4.4-4.6，

因此，本题正确答案为：4.4-4.6；

（4）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↓ ，

因此，本题正确答案为：3NaBiO3 + 2Cr3++ 7OH－+ H2O = 2CrO42-+ 3Na+ +3Bi(OH)3↓；

（5）⑤中酸化是使CrO42-转化为Cr2O72-，在转化过程中元素化合价不变，则该反应的离子方程式为2CrO42-+2H+ Cr2O72-+H2O，

因此，本题正确答案为：2CrO42-+2H+ Cr2O72-+H2O；

（6）根据图像可知加入氢氧化钠时没有立即产生沉淀，这说明酸过量，首先发生酸碱中和。当沉淀不再发生变化时需要氢氧化钠是200mL，继续加入氢氧化钠沉淀开始减小，即氢氧化铝开始溶解，溶解氢氧化铝消耗的氢氧化钠溶液是40mL，则生成氢氧化铝消耗的氢氧化钠溶液体积是120mL，所以与铁离子反应的氢氧化钠溶液体积是200mL-20mL -120mL=60mL，物质的量是5.0mol/L×0.06L=0.3mol，所以根据方程式Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓，所以铁离子是0.1mol。

沉淀达到最大值时溶液中的溶质是硫酸钠，则根据原子守恒可知硫酸钠的物质的量是=0.5mol，则硫酸的浓度是=2.5mol/L。

因此，本题正确答案为：2.5mol·L－1 ；0.10mol。