Question

【題目】鉻是一種銀白色金屬，化學性質穩定，在化合物中常見+2、+3 和+6 價等價態。工業上以鉻鐵礦（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），其主要工藝流程如下：

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CrO42-

回答下列問題：

（1）工業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_______________。

（2）酸化濾液D時，不選用鹽酸的原因是_____________。

（3）固體E的主要成分是Na2SO4，根據如圖分析操作a為________________、____________、洗滌、干燥。

（4）已知含+6 價鉻的污水會污染環境，電鍍廠產生的鍍銅廢水中往往含有一定量的Cr2O72-。

①Cr(OH)3的化學性質與 Al(OH)3相似。在上述生產過程中加入NaOH 溶液時要控制溶液的pH不能過高，是因為__________________________（用離子方程式表示）；

②下列溶液中可以代替上述流程中Na2S2O3溶液最佳的是___________（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0.1 mol Na2S2O3 轉移0.8 mole-，則加入Na2S2O3溶液時發生反應的離子方程式為__________________________________。

（5）某廠廢水中含1.00×103 mol/L的Cr2O72－，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 Cr0.5Fe1.5FeO4（Cr 的化合價為+3，Fe的化合價依次為+3、+2）。欲使1L該廢水中的 Cr2O72－完全轉化為Cr0.5Fe1.5FeO4。理論上需要加入________gFeSO47H2O。

（已知FeSO47H2O摩爾質量為278g/mol）

Answer 1

【答案】Cr2O3+2AlAl2O3+2Cr Cr2O72-會氧化Cl-生成氯氣，造成污染 蒸發結晶 趁熱過濾 Cr(OH)3 +OH-=CrO2-+2H2O D 3S2O32- +4Cr2O72-+26H+=8Cr3++6SO42-+13H2O 2.78

【解析】

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，溶液經蒸發濃縮、冷卻結晶可得Na2Cr2O72H2O，以此解答該題。

（1）三氧化二鉻與鋁在高溫條件下發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，會被CrO42-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 ～2SO42-～8e-，Cr2O72-～2Cr3+～6e-，依據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）根據Cr原子、Fe原子守恒，可得：Cr2O72-～4Cr0.5Fe1.5FeO4～10FeSO47H2O，據此計算n（FeSO47H2O），再根據m=nM計算FeSO47H2O的質量。

（1）利用鋁熱反應制取金屬鉻的化學方程式：Cr2O3+2AlAl2O3+2Cr；

（2）酸化濾液D時，不選用鹽酸的原因是Na2Cr2O7是一種強氧化劑，Cr2O72-會氧化Cl-生成氯氣，造成污染；

（3）Na2Cr2O7和Na2SO4溶解度隨溫度變化情況存在明顯差異，故可利用冷卻結晶的方法進行分離，實際操作為蒸發結晶、趁熱過濾；

（4）①Cr(OH)3的化學性質與Al(OH)3相似，也能溶解在NaOH溶液中，因此加入NaOH溶液時要控制溶液的pH不能過高，過高說明NaOH明顯過量，會溶解Cr(OH)3生成NaCrO2：Cr(OH)3 +OH-=CrO2-+2H2O；

②上述流程中Na2S2O3溶液的作用是還原劑，同時氧化產物為Na2SO4，沒有增加溶液的成分，故選項D符合題意；

③每消耗0.1molNa2S2O3轉移0.8mole-，說明其氧化產物全部為Na2SO4，此時發生反應的離子方程式為：3S2O32- +4Cr2O72-+26H+=8Cr3++6SO42-+13H2O；

（5）根據Cr0.5Fe1.5FeO4中，Cr：Fe=0.5:2.5=1:5；故有n(FeSO4·7H2O)=1.00×10-3mol/L×1L×2×5=10×10-3mol，故質量為2.78g。