Question

I．某化工厂以铬铁矿(主要成分为FeO和Cr₂O₃，含有Al₂O₃、SiO₂等杂质）为主要原料生产化工原料红矾钠(主要成分Na₂Cr₂O₇．2H₂O)，其主要工艺流程如下图：

查阅资料得知：

i．常温下，NaBiO₃不溶于水，有强氧化性，在碱性条件下，能将Cr³⁺转化为CrO₄^2-。

ii．

金属离子	Fe^3+	Al^3+	Cr^3+	Fe^2+	Bi^3+
开始沉淀的 pH	2.7	3.4	5.0	7.5	0.7
沉淀完全的pH	3.7	4.9	5.9	9.7	4.5

回答下列问题：

(1)固体A的主要成分为____（填化学式）。

(2)步骤③加的试剂为氢氧化钠溶液，此时溶液pH要调到5.0的目的是____。

(3)写出④反应的离子反应方程式：____。

(4)取一定质量的固体D溶解于200 mL的硫酸中，向所得溶液中加入5 mol/L的NaOH溶液，生成沉淀的物质的量n与加入NaOH溶液的体积V关系如图所示，则加入NaOH溶液体积为200~240 mL时发生反应的化学方程式为____，固体D中含铁化合物的物质的量为____

Ⅱ．经检测该化工厂的工业废水中含5.00×10^-3mol/L的Cr₂O₇^2-，其毒性较大。该化工厂的科研人员为了变废为宝，将废水处理得到磁性材料Cr_0.5Fe_1.5FeO₄ (Fe的化合价依次为+3、+2)，又设计了如下工艺流程：

(5)第①步反应的离子方程式为____。

(6)欲使1 L该废水中的Cr₂O₇^2-完全转化为Cr_0.5Fe_1.5FeO₄。理论上需要加FeSO₄．7H₂O的质量为 ___g(已知FeSO₄.7H₂O的摩尔质量为278 g/mol)。

Answer

SiO2 使Fe3+、Al3+均完全转化为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀除去，而Cr3+不沉淀 3NaBiO3+2Cr3++7OH- +H2O==2CrO42-+3Na++3Bi(OH)3 NaOH+Al(OH)3==NaAlO2+2H2O 0.1mol Cr2O72-+14H++6Fe2+==2Cr3++6Fe3++7H2O 13.9

【解析】

铬铁矿(主要成分为FeO和Cr2O3，含有Al2O3、SiO2等杂质）中加入过量硫酸，FeO、Cr2O3、Al2O3溶解生成Cr2(SO4)3、FeSO4、Al2(SO4)3，从而得到溶液B，沉淀A为SiO2；溶液B中加入H2O2，Fe2+被氧化为Fe3+，得到溶液C；调节pH使Fe3+、Al3+全部转化为沉淀，得到固体D，所得溶液E中主要含有Cr3+；加入NaBiO3和少量NaOH溶液，此时生成的Bi3+转化为Bi(OH)3沉淀，Cr3+被氧化为CrO42-，得到溶液F；将溶液F酸化，CrO42-转化为Cr2O72-，得到溶液H；蒸发结晶得到红矾钠(主要成分Na2Cr2O7．2H2O)。

(1)由以上分析知，固体A的主要成分为SiO2。答案为：SiO2；

(2)步骤③中，需将Al3+、Fe3+除去，于是加入了氢氧化钠溶液，此时溶液pH要调到5.0的目的是使Fe3+、Al3+均完全转化为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀除去，而Cr3+不沉淀。答案为：使Fe3+、Al3+均完全转化为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀除去，而Cr3+不沉淀；

(3)步骤④中，加入NaBiO3和少量NaOH溶液，此时生成的Bi3+转化为Bi(OH)3沉淀，Cr3+被氧化为CrO42-，反应的离子反应方程式：3NaBiO3+2Cr3++7OH- +H2O==2CrO42-+3Na++3Bi(OH)3。答案为：3NaBiO3+2Cr3++7OH- +H2O==2CrO42-+3Na++3Bi(OH)3；

(4)从图中可以看出，NaOH溶液的体积，从200mL增加到240mL，主要是将Al(OH)3转化为AlO2-，发生反应的化学方程式为NaOH+Al(OH)3==NaAlO2+2H2O；则将Al3+转化为Al(OH)3，需要消耗NaOH溶液40mL×3=120mL，则Fe3+转化为Fe(OH)3需消耗NaOH溶液200mL-20mL-120mL=60mL，n[Fe(OH)3]=×5 mol/L×0.06L=0.1mol。答案为：NaOH+Al(OH)3==NaAlO2+2H2O；0.1mol；

Ⅱ．(5)第①步操作，Fe2+将Cr2O72-还原为Cr3+，Fe2+转化为Fe3+，发生反应的离子方程式为Cr2O72-+14H++6Fe2+==2Cr3++6Fe3++7H2O。答案为：Cr2O72-+14H++6Fe2+==2Cr3++6Fe3++7H2O；

(6)欲使1 L该废水中的n(Cr2O72-)=5.00×10-3mol/L×1L=5.00×10-3mol，依据质量守恒，完全转化为Cr0.5Fe1.5FeO4的物质的量为0.02mol，理论上需要加FeSO4．7H2O的物质的量为0.02mol×2.5=0.05mol，质量为0.05mol×278 g/mol =13.9g。答案为：13.9。