Question

含鉻的廢水具有毒性，必須進行處理才能排放．為實現(xiàn)變廢為寶，可將廢水經(jīng)過下列處理得磁性材料Cr_0.5Fe_1.5FeO₄（Fe的化合價依次為+3、+2價），實驗流程如下：

已知廢水的酸堿性會影響到Cr₂O₇^2-與Cr³⁺之間的相互轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化關系如圖所示．

（1）預處理①中的關鍵是

 

；
（2）實驗室中操作③所用的玻璃儀器名稱是

 

；
（3）寫出Cr₂O₇^2-與FeSO₄溶液在酸性條件下反應的離子方程式：

 

；
（4）物質(zhì)Y中除了有Cr（OH）₃外，還有

 

（填化學式）
（5）已知Cr₂O₇^2-有較強的氧化性，一定條件下可將I^-氧化為I₂，自身還原為Cr³⁺，依此原理實驗室可通過以下方法測定廢水中Cr₂O₇^2-的濃度：取含Cr₂O₇^2-廢水2L蒸發(fā)濃縮至100ml，然后用酸性滴定管準確量取10.00mL于錐形瓶中，加入5mL 2mol/L H₂SO₄溶液和足量碘化鉀，再加入2mL淀粉指示劑，用0.1000mol/L
Na₂S₂O₃標準溶液滴定（I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-）
①判斷達到滴定終點的現(xiàn)象是

 

；
②若實驗中共用去Na₂S₂O₃標準溶液12.00mL，則廢水中Cr₂O₇^2-的濃度

 

；
③欲使1L該廢水中的Cr₂O₇^2-完全轉(zhuǎn)化為Cr₀₅Fe₁₅FeO，理論上在操作②中需要加入

 

g FeSO₄?7H₂O．

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應用,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì)

專題：實驗設計題

分析：根據(jù)題目信息可知：由Cr₂O₇^2-與Cr³⁺之間的相互轉(zhuǎn)化關系圖可知：當pH＜1時，Cr₂O₇^2-轉(zhuǎn)化為Cr³⁺的轉(zhuǎn)化率接近100%，所以進行溶液酸堿性預處理，Cr₂O₇^2-有較強氧化性，F(xiàn)eSO₄?7H₂O中Fe²⁺有一定的還原性，在酸性介質(zhì)中發(fā)生氧化還原反應，Cr₂O₇^2-在酸性條件下將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，自身被還原為Cr³⁺，由于Fe²⁺過量，此時溶液中含有Fe²⁺、Fe³⁺、Cr³⁺，調(diào)節(jié)PH，堿性條件下Fe²⁺、Fe³⁺不能存在，產(chǎn)生Cr（OH）₃、Fe（OH）₃和Fe（OH）₂三種沉淀物，第③步過濾得到的濾渣中主要成分除Cr（OH）₃外，還有Fe（OH）₂、Fe（OH）₃，灼燒得到磁性材料Cr_0.5Fe_1.5FeO₄．
（1）根據(jù)廢水pH與Cr₂O₇^2-轉(zhuǎn)化為Cr³⁺的關系圖分析；
（2）操作③為過濾，根據(jù)過濾確定所需儀器；
（3）Cr₂O₇^2-有較強氧化性，F(xiàn)eSO₄?7H₂O中Fe²⁺有一定的還原性，在酸性介質(zhì)中發(fā)生氧化還原反應，由實驗流程可知，第二步反應中Cr₂O₇^2-在酸性條件下將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，自身被還原為Cr³⁺，根據(jù)守恒元素守恒及所處環(huán)境可知，還應有水生成．再根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒、電荷守恒、原子守恒配平；
（4）由題給框圖之三可得：Fe²⁺過量，加NaOH時，產(chǎn)生Cr（OH）₃、Fe（OH）₃和Fe（OH）₂三種沉淀物；（5）①碘單質(zhì)與淀粉作用顯藍色，碘能與亞硫酸鈉發(fā)生氧化還原反應；
②根據(jù)Cr₂O₇^2-+6I^-+14H⁺=2Cr³⁺+3I₂+7H₂O，I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-，可得：Cr₂O₇^2-～3I₂～6S₂O₃^2-關系式，依此進行計算；
③根據(jù)Cr原子計算Cr_0.5Fe_1.5FeO₄的物質(zhì)的量，結合Cr_0.5Fe_1.5FeO₄的物質(zhì)的量利用Fe原子守恒計算FeSO₄?7H₂O質(zhì)量．

解答： 解：由Cr₂O₇^2-與Cr³⁺之間的相互轉(zhuǎn)化關系圖可知：當pH＜1時，Cr₂O₇^2-轉(zhuǎn)化為Cr³⁺的轉(zhuǎn)化率接近100%，所以進行預處理，Cr₂O₇^2-有較強氧化性，F(xiàn)eSO₄?7H₂O中Fe²⁺有一定的還原性，在酸性介質(zhì)中發(fā)生氧化還原反應，Cr₂O₇^2-在酸性條件下將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，自身被還原為Cr³⁺，堿性條件下Fe²⁺、Fe³⁺不能存在，會轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₂、Fe（OH）₃，所以調(diào)節(jié)PH，第③步過濾得到的濾渣中主要成分除Cr（OH）₃外，還有Fe（OH）₂、Fe（OH）₃，灼燒得到磁性材料Cr_0.5Fe_1.5FeO₄．
（1）根據(jù)廢水pH與Cr₂O₇^2-轉(zhuǎn)化為Cr³⁺的關系圖1可知：當pH＜1時，Cr₂O₇^2-轉(zhuǎn)化為Cr³⁺的轉(zhuǎn)化率接近100%，
故答案為：調(diào)節(jié)廢液pH＜1；
（2）操作③為過濾，需要的玻璃儀器為玻璃棒、漏斗、燒杯，
故答案為：玻璃棒、漏斗、燒杯；
（3）Cr₂O₇^2-有較強氧化性，F(xiàn)eSO₄?7H₂O中Fe²⁺有一定的還原性，在酸性介質(zhì)中發(fā)生氧化還原反應，由實驗流程可知，第二步反應中Cr₂O₇^2-在酸性條件下將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，自身被還原為Cr³⁺，根據(jù)守恒元素守恒及所處環(huán)境可知，還應有水生成，反應離子方程式為Cr₂O₇^2-+14H⁺+6Fe²⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
故答案為：Cr₂O₇^2-+14H⁺+6Fe²⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；
（4）由于Fe²⁺過量，溶液中含有Fe²⁺、Fe³⁺、Cr³⁺，調(diào)節(jié)PH，產(chǎn)生Cr（OH）₃、Fe（OH）₃和Fe（OH）₂三種沉淀物，焙燒得到Cr_0.5Fel_1.5FeO₄，
故答案為：Fe（OH）₃、Fe（OH）₂；
（5）①溶液中有碘，加入淀粉溶液呈藍色，碘與亞硫酸鈉發(fā)生氧化還原反應，當反應終點時，碘單質(zhì)反應完全，藍色褪去，
故答案為：當?shù)渭幼詈笠坏瘟虼�硫酸鈉溶液時，溶液藍色褪去，半分鐘內(nèi)不變色；
②酸性條件下，I^-被Cr₂O₇^2-氧化的產(chǎn)物為I₂．Cr₂O₇^2-+6I^-+14H⁺=2Cr³⁺+3I₂+7H₂O，用0.1000mol/L
Na₂S₂O₃標準溶液滴定I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-，根據(jù)反應的關系式計算：
Cr₂O₇^2-～3I₂～6S₂O₃^2-
1mol            6mol
n               0.1000mol?L^-1×0.012L
n=0.0002mol，則廢水中Cr₂O₇^2-的濃度0.0002mol÷0.01L÷20=1.00×10^-3mol/L，
故答案為：1.00×10^-3mol/L；
（5）1L廢水中含n（Cr₂O₇^2-）=1.00×10^-3mol．根據(jù)Cr原子、Fe原子守恒，可得：Cr₂O₇^2-～4Cr_0.5Fe_1.5FeO₄～10FeSO₄?7H₂O，所以理論上n（FeSO₄?7H₂O）=10n（Cr₂O₇^2-）=1.00×10^-3 mol×10=0.01mol，所以m（FeSO₄?7H₂O）=0.01mol×278g/mol=2.78g，
故答案為：2.78．

點評：本題以工業(yè)廢水處理為載體，考查氧化還原反應、離子反應、關系式計算等，題目難度中等，關鍵根據(jù)實驗流程利用氧化還原反應判斷發(fā)生的離子反應，是對學生綜合能力的考查．是一道不錯的能力考查題．