Question

以鉻鐵礦[主要成份為Fe（CrO₂）₂，含有Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)]為主要原料生產(chǎn)重鉻酸鈉晶體（Na₂Cr₂O₇?2H₂O）的主要工藝流程如下：

（1）煅燒過程中，鉻鐵礦中的Al₂O₃與純堿反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

．
（2）酸化時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，若1L酸化后所得溶液中含鉻元素的質(zhì)量為28.6g，CrO₄^2-有

10

11

轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-．
①酸化后所得溶液中c（Cr₂O₇^2-）=

 

；
②已知：常溫時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=10¹⁴．上述酸化后所得溶液的pH=

 

．
（3）根據(jù)有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，含CrO₄^2-的廢水要經(jīng)化學(xué)處理，使其濃度降至5.0×10^-7mol?L^-1以下才能排放．含CrO₄^2-的廢水處理通常有以下兩種方法．
①沉淀法：加入可溶性鋇鹽生成BaCrO₄沉淀[K_sp（BaCrO₄）=1.2×10^-10]，再加入可溶性硫酸鹽處理多余的Ba²⁺．加入可溶性鋇鹽后的廢水中Ba²⁺的濃度應(yīng)不小于

 

mol?L^-1，后續(xù)廢水處理方能達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)．
②還原法：CrO₄^2-

綠礬

H+

Cr³⁺

石灰水

Cr（OH）₃．用該方法處理10m³ CrO₄^2-的物質(zhì)的量濃度為1.5×10^-3 mol?L^-1的廢水，至少需要綠礬（FeSO₄?7H₂O）

 

kg．

Answer 1

考點(diǎn)：制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì)

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：（1）根據(jù)流程圖可知，煅燒過程中，鉻鐵礦中的Al₂O₃與純堿反應(yīng)生成了CO₂，然后依據(jù)元素守恒配平，得化學(xué)方程式．
（2）酸化時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，^-
根據(jù)守恒列關(guān)系式：2Cr～2CrO₄^2-～Cr₂O₇^2-，列式計(jì)算得n（Cr₂O₇^2-）和n（CrO₄^2-）_剩余；
進(jìn)而求出酸化后所得溶液中c（Cr₂O₇^2-）
②根據(jù)反應(yīng)  2CrO₄^2-+2H⁺═?Cr₂O₇^2-+H₂O
及平衡常數(shù)K═10^{14_{，可求出}}c（H+）=1.0×10^-6mol，則PH=6，
（3）①根據(jù)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根據(jù)電子守恒列關(guān)系式：CrO₄^2-～3FeSO₄?7H₂O，可得FeSO₄?7H₂O的物質(zhì)的量進(jìn)而求質(zhì)量．

解答： 解：（1）根據(jù)流程圖可知，煅燒過程中，鉻鐵礦中的Al₂O₃與純堿反應(yīng)生成了CO₂，然后依據(jù)元素守恒配平，得化學(xué)方程式為 Al₂O₃+Na₂CO₃

煅燒  .

2NaAlO₂+CO₂↑，
故答案為：Al₂O₃+Na₂CO₃

煅燒  .

2NaAlO₂+CO₂↑．
（2）酸化時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，若1L酸化后所得溶液中含鉻元素的質(zhì)量為28.6g，CrO₄^2-有

10

11

轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-，說明鉻元素有

10

11

轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-
根據(jù)守恒列關(guān)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；
則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設(shè)H⁺的物質(zhì)的量濃度為amol/L，
             2CrO₄^2-+2H⁺═?Cr₂O₇^2-+H₂O
平衡（mol/L） 0.05   a     0.25
平衡常數(shù)K=

0.25

0.052×a2

═10^{14_，
則}a=1.0×10^-6mol，PH=6，
故答案為：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
故答案為2.4×10^-4mol/L；
②CrO₄^2-

綠礬

H+

Cr³⁺，CrO₄^2-中的Cr化合價(jià)由+6價(jià)降為+3價(jià)，F(xiàn)eSO₄?7H₂O中鐵的化合價(jià)由+3價(jià)降為+2價(jià)，
則有：CrO₄^2-～～～～～～3FeSO₄?7H₂O
        1                   3
    10^4_L×1.5×10^-3 mol?L^-1   45mol
所以FeSO₄?7H₂O的質(zhì)量為：45mol×278g/mol=12510g=12.51kg
故答案為：12.51；

點(diǎn)評：主要考查對沉淀溶解平衡，氧化還原反應(yīng)的計(jì)算，溶液pH的有關(guān)計(jì)算等考點(diǎn)的理解，