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(diǎn)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___________________________________。

（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）鉻元素能形成含氧酸及含氧酸鹽，若測得初始濃度為1 mol·L－1的鉻酸(H2CrO4)溶液中各種含鉻元素的微粒濃度分別為：c(CrO42－)=0.0005 mol·L－1、c(HCrO4－)=0.1035 mol·L－1、c(Cr2O72－)=a mol·L－1、則a=______，KHCrO4溶液中c(OH－)______c(H+)（填“>”、“<”或“=”）。

（4）水中的鉻元素對水質(zhì)及環(huán)境均有嚴(yán)重的損害作用，必須進(jìn)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___________________。

Answer 1

【答案】+3 4Fe(CrO2)2+7O2+8Na2CO32Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2 NaCrO2、Cr2(SO4)3 0.448 ＜ 2H2O+2e－＝2OH－+H2↑（或者2H++2e－＝H2↑） 3360 3Fe2++CrO42－+8H+＝3Fe3++Cr3++4H2O

【解析】

鉻鐵礦中加入碳酸鈉并通入氧氣，高溫下將Fe(CrO2)2氧化得到Fe2O3、Na2CrO4，同時生成CO2，將得到的固體溶于水得到Na2CrO4溶液，然后過濾，向?yàn)V液中加入硫化鈉，硫化鈉和Na2CrO4發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Cr(OH)3沉淀，過濾后灼燒Cr(OH)3得到Cr2O3，利用鋁熱反應(yīng)制備金屬鉻，據(jù)此解答。

（1）①Fe(CrO2)2中各元素化合價均為整數(shù)，由于氧元素顯－2價，鐵顯+2價，則根據(jù)正負(fù)價代數(shù)和為0可知鉻為+3。

②高溫氧化時，Fe(CrO2)2和碳酸鈉、氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Na2CrO4、二氧化碳和氧化鐵，該反應(yīng)中Fe元素化合價由+2價變?yōu)?3價、Cr元素化合價由+3價變?yōu)?6價，O元素化合價由0價變?yōu)?2價，所以氧氣是氧化劑、Fe(CrO2)2是還原劑，依據(jù)原子守恒、轉(zhuǎn)移電子守恒配平后的化學(xué)方程式為4Fe(CrO2)2+7O2+8Na2CO32Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2。

（2）Cr(OH)3是兩性氫氧化物，依據(jù)氫氧化鋁的性質(zhì)可類推知其分別與NaOH、稀硫酸反應(yīng)時生成的兩種鹽的化學(xué)式為NaCrO2、Cr2(SO4)3。

（3）根據(jù)Cr原子守恒可知c(CrO42－)+c(HCrO4－)+2c(Cr2O72－)＝1mol/L，解得a＝0.448；由于HCrO4－的電離程度大于其水解程度，則KHCrO4溶液顯酸性，因此溶液中c(OH－)＜c(H+)。

（4）①電解池中陰極發(fā)生得到電子的還原反應(yīng)，則溶液中的氫離子在陰極放電，電極反應(yīng)式為2H++2e－＝H2↑。10mol Cr2O72－在反應(yīng)中得到60mol電子，陽極上產(chǎn)生的亞鐵離子就需要提供60mol電子，因此根據(jù)原子守恒可知需要鐵是60mol，質(zhì)量是60mol×56g/mol＝3360g；

②CrO42－在酸性條件下被Fe2+還原為Cr3+，Cr元素化合價從+6價降低到+3價得到3個電子，鐵元素化合價從+2價升高到+3價失去1個電子，根據(jù)得失電子守恒、原子守恒以及電荷守恒可知反應(yīng)的離子方程式為3Fe2++CrO42－+8H+＝3Fe3++Cr3++4H2O。