Question

以铬铁矿[主要成份为Fe（CrO₂）₂，含有Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂等杂质]为主要原料生产重铬酸钠晶体（Na₂Cr₂O₇?2H₂O）的主要工艺流程如下：

（1）煅烧过程中，铬铁矿中的Al₂O₃与纯碱反应的化学方程式为

 

．
（2）酸化时发生的反应为：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，若1L酸化后所得溶液中含铬元素的质量为28.6g，CrO₄^2-有

10

11

转化为Cr₂O₇^2-．
①酸化后所得溶液中c（Cr₂O₇^2-）=

 

；
②已知：常温时该反应的平衡常数K=10¹⁴．上述酸化后所得溶液的pH=

 

．
（3）根据有关国家标准，含CrO₄^2-的废水要经化学处理，使其浓度降至5.0×10^-7mol?L^-1以下才能排放．含CrO₄^2-的废水处理通常有以下两种方法．
①沉淀法：加入可溶性钡盐生成BaCrO₄沉淀[K_sp（BaCrO₄）=1.2×10^-10]，再加入可溶性硫酸盐处理多余的Ba²⁺．加入可溶性钡盐后的废水中Ba²⁺的浓度应不小于

 

mol?L^-1，后续废水处理方能达到国家排放标准．
②还原法：CrO₄^2-

绿矾

H+

Cr³⁺

石灰水

Cr（OH）₃．用该方法处理10m³ CrO₄^2-的物质的量浓度为1.5×10^-3 mol?L^-1的废水，至少需要绿矾（FeSO₄?7H₂O）

 

kg．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质

专题：实验设计题

分析：（1）根据流程图可知，煅烧过程中，铬铁矿中的Al₂O₃与纯碱反应生成了CO₂，然后依据元素守恒配平，得化学方程式．
（2）酸化时发生的反应为：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，^-
根据守恒列关系式：2Cr～2CrO₄^2-～Cr₂O₇^2-，列式计算得n（Cr₂O₇^2-）和n（CrO₄^2-）_剩余；
进而求出酸化后所得溶液中c（Cr₂O₇^2-）
②根据反应  2CrO₄^2-+2H⁺═?Cr₂O₇^2-+H₂O
及平衡常数K═10^{14_，可求出}c（H+）=1.0×10^-6mol，则PH=6，
（3）①根据沉淀溶解平衡CrO₄^2-+Ba²⁺?BaCrO₄及K_sp（BaCrO₄）=C（CrO₄^2-）×C（Ba²⁺）=1.2×10^-10，
可得C（Ba²⁺）
②根据电子守恒列关系式：CrO₄^2-～3FeSO₄?7H₂O，可得FeSO₄?7H₂O的物质的量进而求质量．

解答： 解：（1）根据流程图可知，煅烧过程中，铬铁矿中的Al₂O₃与纯碱反应生成了CO₂，然后依据元素守恒配平，得化学方程式为 Al₂O₃+Na₂CO₃

煅烧  .

2NaAlO₂+CO₂↑，
故答案为：Al₂O₃+Na₂CO₃

煅烧  .

2NaAlO₂+CO₂↑．
（2）酸化时发生的反应为：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，若1L酸化后所得溶液中含铬元素的质量为28.6g，CrO₄^2-有

10

11

转化为Cr₂O₇^2-，说明铬元素有

10

11

转化为Cr₂O₇^2-
根据守恒列关系式：2Cr～2CrO₄^2-～Cr₂O₇^2-
                 2            1
             

28.6× 10 11

52

       n（Cr₂O₇^2-）
得n（Cr₂O₇^2-）=0.25mol，n（CrO₄^2-）_剩余=0.05mol；
则①酸化后所得溶液中c（Cr₂O₇^2-）=

n

V

=0.25mol?L^-1；  c（CrO₄^2-）_剩余=0.05mol?L^-1
②设H⁺的物质的量浓度为amol/L，
             2CrO₄^2-+2H⁺═?Cr₂O₇^2-+H₂O
平衡（mol/L） 0.05   a     0.25
平衡常数K=

0.25

0.052×a2

═10^14_，
则a=1.0×10^-6mol，PH=6，
故答案为：6；
（2）①CrO₄^2-+Ba²⁺?BaCrO₄
5.0×10^-7mol?L^-1  C（Ba²⁺）
K_sp（BaCrO₄）=C（CrO₄^2-）×C（Ba²⁺）=5.0×10^-7×C（Ba²⁺）=1.2×10^-10，
C（Ba²⁺）=2.4×10^-4mol/L
故答案为2.4×10^-4mol/L；
②CrO₄^2-

绿矾

H+

Cr³⁺，CrO₄^2-中的Cr化合价由+6价降为+3价，FeSO₄?7H₂O中铁的化合价由+3价降为+2价，
则有：CrO₄^2-～～～～～～3FeSO₄?7H₂O
        1                   3
    10^4_L×1.5×10^-3 mol?L^-1   45mol
所以FeSO₄?7H₂O的质量为：45mol×278g/mol=12510g=12.51kg
故答案为：12.51；

点评：主要考查对沉淀溶解平衡，氧化还原反应的计算，溶液pH的有关计算等考点的理解，