Question

14．鉻是一種銀白色金屬，化學性質穩(wěn)定，以+2、+3和+6價為常見價態(tài)．工業(yè)上以鉻鐵礦（主要成分為FeO•Cr₂O₃，含有Al₂O₃、SiO₂等雜質）為主要原料生產(chǎn)金屬鉻和重鉻酸鈉Na₂Cr₂O₇•2H₂O（已知Na₂Cr₂O₇是一種強氧化劑），其主要工藝流程如圖1：

查閱資料得知：常溫下，NaBiO₃不溶于水，有強氧化性，在堿性條件下，能將Cr³⁺轉化為CrO₄^2-
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，利用鋁熱反應制取金屬鉻的化學方程式Cr₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cr+Al₂O₃．
（2）酸化濾液D時，不選用鹽酸的原因是鹽酸中的Cl^-會被氧化，產(chǎn)生Cl₂．
（3）固體E的主要成分是Na₂SO₄，根據(jù)圖2分析操作a為蒸發(fā)結晶、趁熱過濾．
（4）已知含+6價鉻的污水會污染環(huán)境，電鍍廠產(chǎn)生的鍍銅廢水中往往含有一定量的Cr₂O₇^2-．電鍍廠處理鍍銅廢水中的Cr₂O₇^2-，往往采用還原沉淀法，具體流程如下：
含Cr₂O₇^2-的廢水$→_{加入Na_{2}S_{2}O_{3}溶液}^{調節(jié)pH至2-3}$含Cr³⁺的廢水$→_{控制pH}^{加入NaOH溶液}$Cr（OH）₃沉淀
①Cr（OH）₃的化學性質與Al（OH）₃相似．在上述生產(chǎn)過程中加入NaOH溶液時要控制溶液的pH不能過高，是因為pH過高Cr（OH）₃會與過量的NaOH反應（用方程式表示）；
②下列溶液中可以代替上述流程中Na₂S₂O₃溶液的是D（填選項序號）；
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0.1mol Na₂S₂O₃轉移0.8mol e^-，則加入Na₂S₂O₃溶液時發(fā)生反應的離子方程式為3S₂O₃^2-+4Cr₂O₇^2-+26H⁺═6SO₄^2-+8Cr³⁺+13H₂O．
（5）某廠廢水中含1.00×10^-3mol/L的Cr₂O₇^2-，某研究性學習小組為了變廢為寶，將廢水處理得到磁性材料Cr_0.5Fe_1.5FeO₄ （Cr的化合價為+3，F(xiàn)e的化合價依次為+3、+2）．欲使1L該廢水中的Cr₂O₇^2-完全轉化為Cr_0.5Fe_1.5FeO₄．理論上需要加入2.78g FeSO₄•7H₂O．（已知FeSO₄•7H₂O 摩爾質量為278g/mol）

Answer 1

分析 鉻鐵礦（主要成分為FeO和Cr₂O₃，含有Al₂O₃、SiO₂等雜質），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，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、冷卻結晶可得Na₂Cr₂O₇•2H₂O，以此解答該題．
（1）三氧化二鉻與鋁在高溫條件下發(fā)生置換反應生成鉻與三氧化二鋁；
（2）鹽酸中的氯是-1價具有還原性，會CrO₄^2-被氧化成氯氣；
（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)結晶、趁熱過濾的方法分離硫酸鈉；
（4）①Cr（OH）₃的化學性質與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轉移0.8mol e^-，Na₂S₂O₃ ～2SO₄^2-～8e^-，Cr₂O₇^2-～2Cr³⁺～6e^-，依據(jù)氧化還原反應電子守恒分析配平書寫氧化還原反應的離子方程式；
（5）1L廢水中含n（Cr₂O₇^2-）=1.00×10^-3 mol，根據(jù)Cr原子、Fe原子守恒，可得關系式Cr₂O₇^2-～～～4Cr_0.5Fe_1.5FeO₄～～～10FeSO₄•7H₂O，根據(jù)Cr₂O₇^2-的物質的量可計算出FeSO₄•7H₂O的質量；

解答 解：（1）三氧化二鉻與鋁發(fā)生鋁熱反應的方程式為：Cr₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cr+Al₂O₃，
故答案為：Cr₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cr+Al₂O₃；
（2）鹽酸中的氯是-1價具有還原性，會CrO₄^2-被氧化成氯氣，
故答案為：鹽酸中的Cl^-會被氧化，產(chǎn)生Cl₂；
（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)結晶、趁熱過濾的方法分離硫酸鈉，
故答案為：蒸發(fā)結晶、趁熱過濾；
（4）①Cr（OH）₃的化學性質與Al（OH）₃相似，如果氫氧化鈉過量Cr（OH）₃會溶解，
故答案為：pH過高Cr（OH）₃會與過量的NaOH 反應；
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；
A．FeSO₄溶液中亞鐵離子具有還原性，可以還原Cr₂O₇^2-離子，但又引入新的雜質離子鐵離子，故A不符合；
B．濃H₂SO₄ 具有強氧化性，不能表現(xiàn)還原性，不能還原Cr₂O₇^2-，故B不符合；
C．酸性KMnO₄ 是強氧化劑不能還原Cr₂O₇^2-，故C不符合；
D．Na₂SO₃溶液中亞硫酸根離子具有還原性，可以還原Cr₂O₇^2-，故D符合；
故答案為：D；
③每消耗0.1mol Na₂S₂O₃轉移0.8mol e^-，Na₂S₂O₃～2SO₄^2-～8e^-，Cr₂O₇^2-～2Cr³⁺～6e^-，依據(jù)氧化還原反應電子守恒配平書寫，3Na₂S₂O₃～6SO₄^2-～24e^-，4Cr₂O₇^2-～8Cr³⁺～24e^-，得到的氧化還原反應的離子方程式為3S₂O₃^2-+4Cr₂O₇^2-+26H⁺═6SO₄^2-+8Cr³⁺+13H₂O；
故答案為：3S₂O₃^2-+4Cr₂O₇^2-+26H⁺═6SO₄^2-+8Cr³⁺+13H₂O；
（5）1L廢水中含n（Cr₂O₇^2-）=1.00×10^-3 mol，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×278 g/mol=2.78g，
故答案為：2.78．

點評 本題考查了物質分離提純的方法和過程分析，離子方程式書寫，溶度積常數(shù)的計算應用，主要是氧化還原反應的理解應用，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．