Question

【題目】鉻是一種具有戰(zhàn)略意義的金屬，它具有多種價態(tài)，單質(zhì)鉻熔點為1857 ℃。

（1）工業(yè)上以鉻鐵礦［主要成分是Fe(CrO2)2］為原料冶煉鉻的流程如圖所示：

①Fe(CrO2)2中各元素化合價均為整數(shù)，則鉻為_______價。

②高溫氧化時反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____________________。

③操作a由兩種均發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)的過程構(gòu)成的，其內(nèi)容分別是__________、鋁熱反應(yīng)。

（2）Cr(OH)3是兩性氫氧化物，請寫出其分別與NaOH、稀硫酸反應(yīng)時生成的兩種鹽的化學(xué)式______________、___________________________。

（3）水中的鉻元素對水質(zhì)及環(huán)境均有嚴重的損害作用，必須進行無害化處理。

①處理含有Cr2O72-的污水方法通常為：用鐵作電極電解污水，Cr2O72-被陽極區(qū)生成的離子還原成為Cr3+，生成的Cr3+與陰極區(qū)生成的OH結(jié)合生成Cr(OH)3沉淀除去。則陰極上的電極反應(yīng)式為______________，若要處理含10 mol Cr2O72-的污水，則至少需要消耗的鐵為_______g。

②轉(zhuǎn)化為重要產(chǎn)品磁性鐵鉻氧體 (CrxFeyOz)：先向含CrO42-的污水中加入適量的硫酸及硫酸亞鐵，待充分反應(yīng)后再通入適量空氣（氧化部分Fe2+）并加入NaOH，就可以使鉻、鐵元素全部轉(zhuǎn)化為磁性鐵鉻氧體。寫出CrO42-在酸性條件下被Fe2+還原為Cr3+ 的離子方程式：_____，若處理含1 mol CrO42-（不考慮其它含鉻微粒）的污水時恰好消耗10 mol FeSO4，則當鐵鉻氧體中n(Fe2+)∶n(Fe3+)=3∶2時，鐵鉻氧體的化學(xué)式為__________。

Answer 1

【答案】+34Fe(CrO2)2+7O2+8Na2CO32Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2灼燒使 Cr(OH)3分解NaCrO2Cr2(SO4)32H2O+2e=2OH+H2 ↑（或者2H++2e=H2↑）33603Fe2++ CrO42-+8H+=3Fe3++Cr3++4H2OCr2Fe20O27

【解析】

（1）①根據(jù)化合物中各元素的正負化合價代數(shù)和為0分析。

②根據(jù)流程確定反應(yīng)物和生成物，用化合價升降法配平書寫化學(xué)方程式。

③由流程Cr（OH）3→Cr和鋁熱反應(yīng)逆推。

（2）模仿Al（OH）3與NaOH、稀硫酸的反應(yīng)確定生成物。

（3）①在陰極H+放電，根據(jù)電子守恒和原子守恒計算。

②根據(jù)化合價升降法配平書寫離子方程式，根據(jù)原子守恒和電荷守恒確定化學(xué)式。

（1）①Fe（CrO2）2中Fe、Cr的化合價分別為+x、+y，根據(jù)化合物中各元素的正負化合價代數(shù)和為0，（+x）+2×（+y）+4×（-2）=0，x、y均為整數(shù)，經(jīng)討論x=2，y=3，F(xiàn)e的化合價為+2價，Cr的化合價為+3價。

②根據(jù)流程，高溫氧化時Fe（CrO2）2與Na2CO3、O2反應(yīng)生成CO2、Fe2O3、Na2CrO4，反應(yīng)可寫成Fe（CrO2）2+Na2CO3+O2→CO2+Fe2O3+Na2CrO4，在反應(yīng)中Fe元素的化合價由+2價升至+3價、Cr元素的化合價由+3價升至+6價，1molFe（CrO2）2參與反應(yīng)失去7mol電子，1molO2參與反應(yīng)得到4mol電子，根據(jù)電子守恒和原子守恒配平，高溫氧化時反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4Fe（CrO2）2+8Na2CO3+7O28CO2+2Fe2O3+8Na2CrO4。

③操作a將Cr（OH）3經(jīng)兩步反應(yīng)生成Cr，后一步為鋁熱反應(yīng)，則第一步反應(yīng)為灼燒使Cr（OH）3分解，兩步反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Cr（OH）3Cr2O3+3H2O、2Al+Cr2O3Al2O3+2Cr。

（2）Cr（OH）3與Al（OH）3都屬于兩性氫氧化物，模仿Al（OH）3與NaOH、稀硫酸的反應(yīng)，Cr（OH）3與NaOH、稀硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式分別為Cr（OH）3+NaOH=NaCrO2+2H2O、2Cr（OH）3+3H2SO4=Cr2（SO4）3+6H2O，Cr（OH）3與NaOH、稀硫酸反應(yīng)生成的鹽的化學(xué)式為NaCrO2、Cr2（SO4）3。

（3）①以Fe作電極，陽極電極反應(yīng)式為Fe-2e-=Fe2+，陰極電極反應(yīng)式為2H2O+2e-=H2↑+2OH-（或2H++2e-=H2↑）。在陽極區(qū)Fe2+將Cr2O72-還原為Cr3+，F(xiàn)e2+自身被氧化成Fe3+，1molCr2O72-得到6mol電子生成2molCr3+，1molFe2+失去1mol電子生成1molFe3+，根據(jù)得失電子守恒，n（Fe2+）=6n（Cr2O72-）=6×10mol=60mol，根據(jù)Fe守恒，至少需要消耗Fe的物質(zhì)的量為60mol，至少需要消耗Fe的質(zhì)量為60mol×56g/mol=3360g。

②酸性條件下CrO42-被Fe2+還原為Cr3+，F(xiàn)e2+被氧化成Fe3+，反應(yīng)可寫成Fe2++CrO42-+H+→Fe3++Cr3++H2O，在反應(yīng)中1molFe2+失去1mol電子，1molCrO42-得到3mol電子，根據(jù)得失電子守恒、原子守恒和電荷守恒，CrO42-在酸性條件下被Fe2+還原為Cr3+的離子方程式為3Fe2++CrO42-+8H+=3Fe3++Cr3++4H2O。根據(jù)Fe守恒，鐵鉻氧體中n（Fe2+）=10mol×=6mol，n（Fe3+）=10mol×=4mol，根據(jù)Cr守恒，鐵鉻氧體中n（Cr3+）=n（CrO42-）=1mol，根據(jù)電荷守恒，鐵鉻氧體中n（O2-）==13.5mol，鐵鉻氧體中n（Cr）：n（Fe）：n（O）=1mol：10mol：13.5mol=2:20:27，鐵鉻氧體的化學(xué)式為Cr2Fe20O7。