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___________________________________。

（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）铬元素能形成含氧酸及含氧酸盐，若测得初始浓度为1 mol·L－1的铬酸(H2CrO4)溶液中各种含铬元素的微粒浓度分别为：c(CrO42－)=0.0005 mol·L－1、c(HCrO4－)=0.1035 mol·L－1、c(Cr2O72－)=a mol·L－1、则a=______，KHCrO4溶液中c(OH－)______c(H+)（填“>”、“<”或“=”）。

（4）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___________________。

Answer 1

【答案】+3 4Fe(CrO2)2+7O2+8Na2CO32Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2 NaCrO2、Cr2(SO4)3 0.448 ＜ 2H2O+2e－＝2OH－+H2↑（或者2H++2e－＝H2↑） 3360 3Fe2++CrO42－+8H+＝3Fe3++Cr3++4H2O

【解析】

铬铁矿中加入碳酸钠并通入氧气，高温下将Fe(CrO2)2氧化得到Fe2O3、Na2CrO4，同时生成CO2，将得到的固体溶于水得到Na2CrO4溶液，然后过滤，向滤液中加入硫化钠，硫化钠和Na2CrO4发生氧化还原反应生成Cr(OH)3沉淀，过滤后灼烧Cr(OH)3得到Cr2O3，利用铝热反应制备金属铬，据此解答。

（1）①Fe(CrO2)2中各元素化合价均为整数，由于氧元素显－2价，铁显+2价，则根据正负价代数和为0可知铬为+3。

②高温氧化时，Fe(CrO2)2和碳酸钠、氧气发生氧化还原反应生成Na2CrO4、二氧化碳和氧化铁，该反应中Fe元素化合价由+2价变为+3价、Cr元素化合价由+3价变为+6价，O元素化合价由0价变为-2价，所以氧气是氧化剂、Fe(CrO2)2是还原剂，依据原子守恒、转移电子守恒配平后的化学方程式为4Fe(CrO2)2+7O2+8Na2CO32Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2。

（2）Cr(OH)3是两性氢氧化物，依据氢氧化铝的性质可类推知其分别与NaOH、稀硫酸反应时生成的两种盐的化学式为NaCrO2、Cr2(SO4)3。

（3）根据Cr原子守恒可知c(CrO42－)+c(HCrO4－)+2c(Cr2O72－)＝1mol/L，解得a＝0.448；由于HCrO4－的电离程度大于其水解程度，则KHCrO4溶液显酸性，因此溶液中c(OH－)＜c(H+)。

（4）①电解池中阴极发生得到电子的还原反应，则溶液中的氢离子在阴极放电，电极反应式为2H++2e－＝H2↑。10mol Cr2O72－在反应中得到60mol电子，阳极上产生的亚铁离子就需要提供60mol电子，因此根据原子守恒可知需要铁是60mol，质量是60mol×56g/mol＝3360g；

②CrO42－在酸性条件下被Fe2+还原为Cr3+，Cr元素化合价从+6价降低到+3价得到3个电子，铁元素化合价从+2价升高到+3价失去1个电子，根据得失电子守恒、原子守恒以及电荷守恒可知反应的离子方程式为3Fe2++CrO42－+8H+＝3Fe3++Cr3++4H2O。