Question

【題目】鉻是一種銀白色金屬，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在化合物中常見+2、+3 和+6 價(jià)等價(jià)態(tài)。工業(yè)上以鉻鐵礦（主要成分為FeO·Cr2O3，含有Al2O3、SiO2等雜質(zhì)）為主要原料生產(chǎn)金屬鉻和重鉻酸鈉Na2Cr2O7·2H2O（已知 Na2Cr2O7 是一種強(qiáng)氧化劑），其主要工藝流程如下：

查閱資料得知：常溫下，NaBiO3不溶于水，有強(qiáng)氧化性，在堿性條件下，能將Cr3+轉(zhuǎn)化為CrO42-

回答下列問題：

（1）工業(yè)上常采用熱還原法制備金屬鉻，寫出以Cr2O3為原料，利用鋁熱反應(yīng)制取金屬鉻的化學(xué)方程式_______________。

（2）酸化濾液D時(shí)，不選用鹽酸的原因是_____________。

（3）固體E的主要成分是Na2SO4，根據(jù)如圖分析操作a為________________、____________、洗滌、干燥。

（4）已知含+6 價(jià)鉻的污水會污染環(huán)境，電鍍廠產(chǎn)生的鍍銅廢水中往往含有一定量的Cr2O72-。

①Cr(OH)3的化學(xué)性質(zhì)與 Al(OH)3相似。在上述生產(chǎn)過程中加入NaOH 溶液時(shí)要控制溶液的pH不能過高，是因?yàn)?/span>__________________________（用離子方程式表示）；

②下列溶液中可以代替上述流程中Na2S2O3溶液最佳的是___________（填選項(xiàng)序號）；

A．FeSO4溶液 B．濃H2SO4 C．酸性KMnO4溶液 D．Na2SO3溶液

③上述流程中，每消耗0.1 mol Na2S2O3 轉(zhuǎn)移0.8 mole-，則加入Na2S2O3溶液時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為__________________________________。

（5）某廠廢水中含1.00×103 mol/L的Cr2O72－，某研究性學(xué)習(xí)小組為了變廢為寶，將廢水處理得到磁性材料 Cr0.5Fe1.5FeO4（Cr 的化合價(jià)為+3，Fe的化合價(jià)依次為+3、+2）。欲使1L該廢水中的 Cr2O72－完全轉(zhuǎn)化為Cr0.5Fe1.5FeO4。理論上需要加入________gFeSO47H2O。

（已知FeSO47H2O摩爾質(zhì)量為278g/mol）

Answer 1

【答案】Cr2O3+2AlAl2O3+2Cr Cr2O72-會氧化Cl-生成氯氣，造成污染 蒸發(fā)結(jié)晶 趁熱過濾 Cr(OH)3 +OH-=CrO2-+2H2O D 3S2O32- +4Cr2O72-+26H+=8Cr3++6SO42-+13H2O 2.78

【解析】

鉻鐵礦（主要成分為FeO和Cr2O3，含有Al2O3、SiO2等雜質(zhì)），加入過量稀硫酸，固體A為SiO2，溶液A中含有Cr3+、Al3+、Fe2+，在A中加入過氧化氫，可生成Fe3+，調(diào)節(jié)溶液pH可除去Fe3+、Al3+，生成氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀，即固體D，溶液C含有Cr3+，在溶液C中加入NaBiO3和NaOH，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，固體D為Bi（OH）3，溶液D含有Na2CrO4，酸化可得Na2Cr2O7，溶液經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶可得Na2Cr2O72H2O，以此解答該題。

（1）三氧化二鉻與鋁在高溫條件下發(fā)生置換反應(yīng)生成鉻與三氧化二鋁；

（2）鹽酸中的氯是-1價(jià)具有還原性，會被CrO42-氧化成氯氣；

（3）由圖2可知Na2Cr2O7的溶解度隨溫度的升高而增大，而硫酸鈉的溫度隨溫度的升高而降低，所以采用蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過濾的方法分離硫酸鈉；

（4）①Cr（OH）3的化學(xué)性質(zhì)與Al（OH）3相似，如果氫氧化鈉過量Cr（OH）3會溶解；

②可以代替上述流程中Na2S2O3溶液，需要具有還原性，能還原重鉻酸根離子；

③每消耗0.1mol Na2S2O3轉(zhuǎn)移0.8mol e-，Na2S2O3 ～2SO42-～8e-，Cr2O72-～2Cr3+～6e-，依據(jù)氧化還原反應(yīng)電子守恒分析配平書寫氧化還原反應(yīng)的離子方程式；

（5）根據(jù)Cr原子、Fe原子守恒，可得：Cr2O72-～4Cr0.5Fe1.5FeO4～10FeSO47H2O，據(jù)此計(jì)算n（FeSO47H2O），再根據(jù)m=nM計(jì)算FeSO47H2O的質(zhì)量。

（1）利用鋁熱反應(yīng)制取金屬鉻的化學(xué)方程式：Cr2O3+2AlAl2O3+2Cr；

（2）酸化濾液D時(shí)，不選用鹽酸的原因是Na2Cr2O7是一種強(qiáng)氧化劑，Cr2O72-會氧化Cl-生成氯氣，造成污染；

（3）Na2Cr2O7和Na2SO4溶解度隨溫度變化情況存在明顯差異，故可利用冷卻結(jié)晶的方法進(jìn)行分離，實(shí)際操作為蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過濾；

（4）①Cr(OH)3的化學(xué)性質(zhì)與Al(OH)3相似，也能溶解在NaOH溶液中，因此加入NaOH溶液時(shí)要控制溶液的pH不能過高，過高說明NaOH明顯過量，會溶解Cr(OH)3生成NaCrO2：Cr(OH)3 +OH-=CrO2-+2H2O；

②上述流程中Na2S2O3溶液的作用是還原劑，同時(shí)氧化產(chǎn)物為Na2SO4，沒有增加溶液的成分，故選項(xiàng)D符合題意；

③每消耗0.1molNa2S2O3轉(zhuǎn)移0.8mole-，說明其氧化產(chǎn)物全部為Na2SO4，此時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：3S2O32- +4Cr2O72-+26H+=8Cr3++6SO42-+13H2O；

（5）根據(jù)Cr0.5Fe1.5FeO4中，Cr：Fe=0.5:2.5=1:5；故有n(FeSO4·7H2O)=1.00×10-3mol/L×1L×2×5=10×10-3mol，故質(zhì)量為2.78g。