Question

1．工業(yè)上處理含鉻（主要成分是HCrO₄^-）污水并制備磁性鐵鉻氧體工藝流程如圖1：

（1）還原過(guò)程中HCrO₄^-轉(zhuǎn)化為Cr³⁺的離子方程式為HCrO₄^-+3Fe²⁺+7H⁺=Cr³⁺+3Fe³⁺+4H₂O，氧化產(chǎn)物是Fe₂（SO₄）₃．
（2）當(dāng)沉淀池中c（Fe²⁺）：c（Fe³⁺）=2：1時(shí)，能生成鐵鉻氧體．通入壓縮空氣是形成鐵鉻氧體的必要條件之一，壓縮空氣的設(shè)備是B（填字母）．
A．離心機(jī)          B．壓縮機(jī)       C．沸騰爐
（3）通入壓縮空氣的目的是攪拌，將Fe²⁺氧化為Fe³⁺、或調(diào)節(jié)Fe²⁺和Fe³⁺的比例，在加NaOH溶液之前通入的空氣量不宜過(guò)多，若過(guò)多必須向沉淀池中增補(bǔ)的物質(zhì)可能為：AD（填字母）．
A．FeSO₄     B．Cu       C．H₂O₂      D．Fe
（4）已知三價(jià)鉻[Cr（Ⅲ）]在水溶液中的存在形態(tài)隨pH 的變化如圖2，為盡可能除去鉻元素實(shí)現(xiàn)清液達(dá)標(biāo)排放，沉淀池中pH要控制在6.0～12；若pH過(guò)高，溶液中殘留鉻量增大，其原因?yàn)镃r（OH）₃+OH^-=Cr（OH）₄^-．（用離子方程式表示）．
（5）常溫下，pH=8時(shí)，水溶液中Cr³⁺離子的物質(zhì)的量濃度為6.3×10^-13mol/L．（已知Ksp[Cr（OH）₃]=6.3×10^-31）

Answer 1

分析 含鉻（主要成分是HCrO₄^-）污水，加入稀硫酸和硫酸亞鐵，HCrO₄^-與亞鐵離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成鐵離子和鉻離子，通入壓縮空氣既可以攪拌溶液，又可將部分亞鐵離子氧化成鐵離子，使溶液中鐵離子和亞鐵離子的物質(zhì)的量之比為1：2，再加入氫氧化鈉溶液形成鐵鉻氧體，若在加NaOH溶液之前通入的空氣量過(guò)多，則溶液中亞鐵離子的比例偏小，鐵離子偏多，可以加入亞鐵離子，或鐵單質(zhì)生成亞鐵離子，根據(jù)圖2所示可知，當(dāng)溶液的pH在6.0～12時(shí)，鉻以氫氧化鉻的形式存在，可以除去溶液中的鉻元素，再增大溶液的pH值時(shí)，鉻元素以Cr（OH）₄^-形式存在，而溶解在水中，據(jù)此答題．
（1）還原過(guò)程中HCrO₄^-轉(zhuǎn)化為Cr³⁺，亞鐵離子被氧化成鐵離子，根據(jù)得失電子守恒和電荷守恒配平并書(shū)寫(xiě)離子反應(yīng)方程式，化合價(jià)升高后的產(chǎn)物為氧化產(chǎn)物；
（2）利用離心運(yùn)動(dòng)的機(jī)械叫做離心機(jī)，沸騰爐是為了增加反應(yīng)物的接觸面積，壓縮空氣通常采用壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮；
（3）通入壓縮空氣的目的是攪拌、將Fe²⁺氧化為Fe³⁺或調(diào)節(jié)Fe²⁺和Fe³⁺的比例，在加NaOH溶液之前通入的空氣量不宜過(guò)多，若過(guò)多亞鐵離子被氧化成鐵離子偏多，據(jù)此分析解答；
（4）根據(jù)pH 的變化圖分析氫氧化鉻沉淀的PH，若pH過(guò)高，鉻元素以Cr（OH）₄^-形式存在，而溶解在水中；
（5）Cr（OH）₃的溶度積K_sp=c（Cr³⁺）•c（OH^-）³，pH約為8，則c（OH^-）=10^-6mol/L，根據(jù)K_sp[Cr（OH）₃]=6.3×10^-31計(jì)算c（Cr³⁺）．

解答 解：（1）HCrO₄^-與亞鐵離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成鐵離子和鉻離子，根據(jù)得失電子守恒Fe²⁺、Fe³⁺，前系數(shù)都為3，結(jié)合電荷守恒，該反應(yīng)的離子方程式為HCrO₄^-+3Fe²⁺+7H⁺=Cr³⁺+3Fe³⁺+4H₂O，亞鐵離子被氧化成鐵離子，所以反應(yīng)產(chǎn)物Fe₂（SO₄）₃為氧化產(chǎn)物，
故答案為：HCrO₄^-+3Fe²⁺+7H⁺=Cr³⁺+3Fe³⁺+4H₂O；Fe₂（SO₄）₃；
（2）利用離心運(yùn)動(dòng)的機(jī)械叫做離心機(jī)，通常將懸濁液進(jìn)行迅速沉淀采用離心機(jī)，沸騰爐是為了增加反應(yīng)物的接觸面積，壓縮空氣通常采用壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮，
故答案為：B；
（3）通入壓縮空氣既可以攪拌溶液，又可將部分亞鐵離子氧化成鐵離子，使溶液中鐵離子和亞鐵離子的物質(zhì)的量之比為1：2，若通入的空氣量過(guò)多，則溶液中亞鐵離子的比例偏小，鐵離子偏多，可以加入亞鐵離子，或鐵單質(zhì)生成亞鐵離子，故選AD，
故答案為：攪拌、將Fe²⁺氧化為Fe³⁺或調(diào)節(jié)Fe²⁺和Fe³⁺的比例；AD；
（4）根據(jù)圖2所示可知，當(dāng)溶液的pH在6.0～12時(shí)，鉻以氫氧化鉻的形式存在，可以除去溶液中的鉻元素，再增大溶液的pH值時(shí)，Cr（OH）₃+OH^-=Cr（OH）₄^-，鉻元素以Cr（OH）₄^-形式存在，而溶解在水中，
故答案為：6.0～12；Cr（OH）₃+OH^-=Cr（OH）₄^-；
（5）約為8，則c（OH^-）=10^-6mol/L，K_sp[Cr（OH）₃]=6.3×10^-31=c（Cr³⁺）•c（OH^-）³，c（Cr³⁺）=$\frac{6.3×1{0}^{-31}}{（1{0}^{-6}）^{3}}$=6.3×10^-13mol/L，
故答案為：6.3×10^-13mol/L．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了污水處理以及磁性鐵鉻氧體的制備，涉及離子方程式書(shū)寫(xiě)、沉淀溶解平衡的計(jì)算等知識(shí)，注意控制溶液中鐵離子和亞鐵離子的比例是制備鐵鉻氧體的關(guān)鍵，答題時(shí)要注意抓住這一原理分析，題目難度中等．