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)，工艺流程如图：

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

ii.常温时，部分金属离子开始沉淀和完全沉淀时的pH值

（1）步骤①提高酸溶速率的措施__(任填一条即可)。固体A的成分是___。

（2）步骤③需加氢氧化钠溶液调节pH，调节pH范围为__，目的是__。

（3）写出④反应的离子方程式__。

（4）将溶液H经过__即得红矾钠粗晶体。

Ⅱ.经该工厂的工业废水中含1.00×10^-3mol·L^-1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是__。

（6）常温时，如忽略步骤①所加FeSO₄·7H₂O所引起的溶液体积变化，依据上表数据，则步骤②加入NaOH溶液调节溶液的pH至9时，溶液中Cr³⁺的浓度为___mol/L（10^1/2≈3.2）。

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

Answer

加热/搅拌/粉碎/适当提高稀硫酸的浓度(任写一条) SiO2 4.9≤pH＜5.5 使Fe3+、Al3+均完全转化为Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀而除去 3NaBiO3 + 2Cr3+ +7OH－ + H2O = 2Cr2O72− + 3Bi(OH)3↓+3Na+ 蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤干燥 Cr2O72− + 6Fe2++14H+ = 2Cr3+ + 6Fe3++7H2O 6.4×10−14 2.78

【解析】

铬铁矿中的FeO、Cr2O3和Al2O3均能溶于硫酸，SiO2不溶，过滤，向滤液中加入双氧水，氧化亚铁离子，步骤③的目的是使Fe3+、Al3+沉淀，过滤，向滤液中加入NaBiO3、NaOH，能将Cr3+转化为Cr2O72−，过滤，将滤液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤干燥得到Na2Cr2O7·2H2O。

⑴加热、搅拌、粉碎、适当提高稀硫酸的浓度均可加快化学反应速率，任答一种即可。按照元素化合物知识，铬铁矿中的FeO、Cr2O3和Al2O3均能溶于硫酸，SiO2不溶，故第①步得到的固体A为SiO2；故答案为：加热/搅拌/粉碎/适当提高稀硫酸的浓度(任写一条)；SiO2。

⑵步骤③的目的是使Fe3+、Al3+均完全转化为Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀而除去，但不能使Cr3+沉淀，故需要调节的pH范围为4.9≤pH＜5.5，故答案为：4.9≤pH＜5.5；使Fe3+、Al3+均完全转化为Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀而除去。

⑶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Cr2O72−，则反应的离子方程式为3NaBiO3 + 2Cr3+ +7OH－ + H2O = 2Cr2O72− + 3Bi(OH)3↓+3Na+；故答案为：3NaBiO3 + 2Cr3+ +7OH－ + H2O = 2Cr2O72− + 3Bi(OH)3↓+3Na+。

⑷溶液H得红矾钠粗晶体需经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤干燥；故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤干燥。

⑸Cr2O72−有强氧化性，FeSO4·7H2O中Fe2+有一定的还原性，在酸性条件下将Fe2+氧化为Fe3+，自身被还原为Cr3+，根据元素守恒及所处环境可知，还有水生成，反应离子方程式为Cr2O72− + 6Fe2++14H+ = 2Cr3+ + 6Fe3++7H2O；故答案为：Cr2O72− + 6Fe2++14H+ = 2Cr3+ + 6Fe3++7H2O。

⑹常温时，如忽略步骤①所加FeSO4·7H2O所引起的溶液体积变化，依据上表数据得到Cr3+开始沉淀时pH =5.5，即，则，步骤②加入NaOH溶液调节溶液的pH至9时，，则溶液中Cr3+的浓度为，；故答案为；6.4×10−14 mol·L−1。

⑺欲使1L该废水中n(Cr2O72−)=1×10−3 mol，根据Cr原子、Fe原子守恒，可得Cr2O72−～4Cr0.5Fe1.5FeO4～10FeSO4·7H2O，因此理论上n(FeSO4·7H2O)=10n(Cr2O72−)=10×1×10−3 mol =0.01mol，所以质量m(FeSO4·7H2O) = 0.01mol×278 g∙mol−1=2.78g；故答案为2.78g。