Question

【題目】某廠廢水中含5.00×10－3 mol·L－1的Cr2O72-，其毒性較大。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(Fe的化合價依次為＋3、＋2)，設計了如下實驗流程：

（1）第①步反應的離子方程式是__________________________________________。

（2）第②步中用pH試紙測定溶液pH的操作是________________________________。

（3）第②步過濾得到的濾渣中主要成分除Cr(OH)3外，還有_____________________。

（4）欲使1 L該廢水中的Cr2O72－完全轉化為Cr0.5Fe1.5FeO4，理論上需要加入________g FeSO4·7H2O。

（5）FeSO4·7H2O晶體制備步驟如下：取過量潔凈的鐵屑，加入20%～30%的稀硫酸溶液，在50 ℃～80℃水浴中加熱至不再產生氣泡。將溶液趁熱過濾，濾液移至試管中，用橡膠塞塞緊試管口，靜置、冷卻一段時間后收集產品。

①反應時鐵屑過量的目的是(用離子方程式表示) ________________________。

②溶液趁熱過濾的原因是___________________________________________。

Answer 1

【答案】Cr2O72-＋6Fe2＋＋14H＋＝2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O 將一小塊pH試紙放在表面皿上，用玻璃棒蘸取少量待測液，點在pH試紙上，再與標準比色卡對照 Fe(OH)3、Fe(OH)2 13.9 Fe＋2Fe3＋＝3Fe2＋ 減少FeSO4的損失；防止空氣進入試管將Fe2＋氧化為Fe3＋

【解析】

廢水中的Cr2O72-具有氧化性，在酸性條件下，與FeSO4·7H2O發生氧化還原反應生成含有Fe3+和Cr3+溶液，根據得到磁性材料Fe的化合價依次為＋3、＋2，因此加入的FeSO4·7H2O需要過量，形成含有Fe2+ 、Fe3+ 、Cr3+、SO42-的溶液，通過加入NaOH調節溶液的pH值用pH試紙測定溶液pH為9，在堿性條件下使Fe2+ 、Fe3+ 、Cr3+完全轉化為Cr(OH)3、Fe(OH)3和Fe(OH)2三種沉淀，通過過濾操作與SO42-分離，最后對Cr(OH)3、Fe(OH)3和Fe(OH)2三種沉淀洗滌、干燥、焙燒，最終制得磁性材料Cr0.5Fe1.5FeO4。

(1)Cr2O72有較強氧化性，FeSO4·7H2O中Fe2+有一定的還原性,在酸性介質中發生氧化還原反應，由實驗流程可知，第①步反應中Cr2O72在酸性條件下將Fe2+氧化為Fe3+，自身被還原為Cr3+，根據得失電子、原子守恒及所處環境可知，還應有水生成，反應離子方程式為Cr2O72-＋6Fe2＋＋14H＋＝2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O；

(2)用pH試紙測定溶液pH的操作是將一小塊pH試紙放在表面皿上，用玻璃棒蘸取少量待測液，點在pH試紙上，再與標準比色卡對照；

(3)由題給框圖之二可得：Fe2+過量，加NaOH時，產生Cr(OH)3、Fe(OH)3和Fe(OH)2三種沉淀物，故答案為：Fe(OH)3、Fe(OH)2；

(4)1L廢水中含n(Cr2O72-)=5.00×103mol，根據Cr原子、Fe原子守恒，可得：Cr2O72-4Cr0.5Fe1.5FeO410FeSO4·7H2O，所以理論上n(FeSO47H2O)=10n(Cr2O72-)=5.00×103mol×10=0.05mol，所以m(FeSO47H2O)=0.05mol×278g/mol=13.9g；

（5）①鐵粉過量是防止亞鐵離子被氧化，鐵和鐵離子反應重新生成亞鐵離子，反應的離子方程式為：Fe+2Fe3+＝3Fe2+；

②一般物質的溶解度隨溫度的升高而增大，因此熱溶液趁熱過濾可減少硫酸亞鐵晶體析出，從而減小FeSO4的損失。