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【题目】Ⅰ.宜城市鄂西化工厂以铬铁矿(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),工艺流程如下图:

i.常温,NaBiO3不溶于水,有强氧化性,碱性条件下,能将Cr3+转化为 CrO42-。ii.

金属离子

Fe3+

Al3+

Cr3+

Fe2+

Bi3+

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

(1)步骤③需加氢氧化钠溶液,此时pH要调到5的目的是__________________。

(2)写出④反应的离子方程式____________________________________。

(3)将溶液 H 经过蒸发浓缩,冷却结晶,过滤,洗涤,干燥即得红矾钠粗晶体,精制红矾钠粗晶体需要采用的操作是______________(填操作名称)。

Ⅱ.经检测鄂西化工厂的工业废水中含 5.00×10-3 mol·L-1 的 Cr2O72-,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 Cr0.5Fe1.5FeO4(Fe 的化合价依次为+3、+2),又设计了如下工艺流程:

(1)第①步反应的离子方程式是_________________________________________。

(2)欲使 1L 该废水中的 Cr2O72-完全转化为 Cr0.5Fe1.5FeO4。理论上需要加入FeSO4·7H2O的质量为_________g (已知 FeSO4·7H2O 的摩尔质量为 278 g/mol)。

【答案】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=3Bi(OH)3+2CrO42-+3Na+ 重结晶 Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O 13.9

【解析】

I.由流程图可知,铬铁矿(主要成分为FeO和Cr2O3,含有Al2O3、SiO2等杂质)加过量硫酸FeO、Cr2O3和Al2O3都溶解,SiO2不溶,经过滤分离得到固体A和溶液B,则固体A为SiO2;溶液B中含有Fe2+、Al3+、Cr3+,加入H2O2目的是将Fe2+氧化为Fe3+,第③步是调溶液pH,使Fe3+形成氢氧化铁沉淀,同时Al3+变成氢氧化铝沉淀而除去,固体D为氢氧化铁和氢氧化铝混合物;第④步加入NaBiO3和少量NaOH溶液将Cr3+转化为CrO42-;第⑤步中酸化是使CrO42-转化为Cr2O72-;第⑥步经蒸发浓缩,冷却结晶,过滤,洗涤,干燥即得红矾钠

Ⅱ.(1)第①步反应中Cr2O72-在酸性条件下将Fe2+氧化为Fe3+,自身被还原为Cr3+;

(2)根据Cr原子计算Cr0.5Fe1.5FeO4的物质的量,结合Cr0.5Fe1.5FeO4的物质的量利用Fe原子守恒计算FeSO4·7H2O质量。

(1)从氢氧化物形成沉淀的pH表格可知,③为加入物质来调节溶液的pH,使 Fe3+、Al3+均完全转化为 Fe(OH)3 和 Al(OH)3 沉淀而除去;

(2)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CrO42-,则反应④的离子方程式为3NaBiO3+2Cr3++7OH-+H2O=2CrO42-+3Na++3Bi(OH)3↓;

(3)精制红矾钠粗晶体需要采用的操作是重结晶;

Ⅱ.(1)Cr2O72-有较强氧化性,FeSO4·7H2O中Fe2+有一定的还原性,Cr2O72-在酸性条件下将Fe2+氧化为Fe3+,自身被还原为Cr3+,根据守恒元素守恒及所处环境可知,还应有水生成,反应离子方程式为Cr2O72-+14H++6Fe2+=2Cr3++6Fe3++7H2O;

(2)1 L废水中含n(Cr2O72-)=5.00×10-3 mol.根据Cr原子、Fe原子守恒,可得:

Cr2O72-~4Cr0.5Fe1.5FeO4~10FeSO4·7H2O,

所以理论上n(FeSO4·7H2O)=10n(Cr2O72-)=5.00×10-3 mol×10=0.05 mol,

所以m(FeSO4·7H2O)=0.05 mol×278 g·mol-1=13.9 g。

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Ⅴ.打开弹簧夹,往试管中缓缓鼓入空气数分钟,最后称得干燥管的质量为。

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(1)检查装置气密性的方法为____________。

(2)装置中试剂应选择_____,目的是________。

(3)装置的作用是____,步骤中“缓缓鼓入空气数分钟”的目的是____________。

(4)根据实验中测得的有关数据,计算纯碱样品的质量分数为___(保留三位有效数字),若没有装置,会导致测量结果____(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。

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