Question

【題目】工業(yè)含鉻廢水的處理原理是將Cr2O72－轉(zhuǎn)化為Cr3+，再將Cr3+轉(zhuǎn)化為Cr(OH)3沉淀。利用硫酸工業(yè)廢氣中的SO2處理含鉻廢水，既充分利用資源、以廢治廢，還能節(jié)約生產(chǎn)成本。

(1)工業(yè)上處理100L Cr2O72－含量為108mgL-1的含鉻廢水，至少需要______L(標(biāo)準(zhǔn)狀況) SO2。

(2)已知：Ksp[Cr(OH)3]=1×10-30，室溫下，除去被SO2還原所得溶液中的Cr3+(使其濃度小于1×10-6molL-1)，需調(diào)節(jié)溶液pH______。

(3)三價鉻Cr(III)與雙氧水反應(yīng)可用于合成鉻黃(PbCrO4)，控制其他條件不變，調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度，考察反應(yīng)溫度對Cr(III)轉(zhuǎn)化率的影響(如圖所示)，溫度超過70℃時，Cr(III)轉(zhuǎn)化率下降的原因是______。

(4)光照下，草酸(H2C2O4)也能將Cr2O72－轉(zhuǎn)化為Cr3+，化學(xué)式為Al2Fe(SO4)4的某發(fā)鹽(毛發(fā)狀，在空氣中能被氧化)對該反應(yīng)具有催化作用，為確定一瓶久置發(fā)鹽的化學(xué)成分，學(xué)習(xí)小組進行如下實驗：

取一定質(zhì)量的發(fā)鹽樣品溶于足量的稀硫酸中，將溶液分為兩等份，其中一份與酸性KMnO4溶液充分反應(yīng)(反應(yīng)后MnO4－被還原成Mn2+)，消耗濃度為0.4000molL-1的KMnO4溶液20.00mL；往另一份溶液中加入足量稀氨水，在空氣中微熱并攪拌使之充分反應(yīng)，待沉淀不再變化后過濾，將沉淀洗滌并充分灼燒后稱量，得9.100g干燥固體粉末。通過計算與合理猜想，推測該久置發(fā)鹽的可能化學(xué)組成(請給出計算過程與推測理由)。_________

Answer 1

【答案】3.36 > 6 較高溫度下雙氧水分解 Al10Fe5(OH)(SO4)20或Al20Fe10(CO3)(SO4)40

【解析】

(1)先計算含鉻廢水中含Cr2O72－物質(zhì)的質(zhì)量，再計算物質(zhì)的量，再根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計算消耗氣體的物質(zhì)的量。

⑵先計算氫氧根濃度，再計算氫離子濃度，最后得pH。。

(3)溫度升高超過70℃時過氧化氫分解。

⑷先計算n(Fe2+)，再根據(jù)關(guān)系得出n(Al3+)，再根據(jù)固體粉末求n(Al2O3) 和n(Fe2O3)，根據(jù)久置的發(fā)鹽中的陽離子所帶電荷總數(shù)分析，陽離子多點電荷大于已知的陰離子所帶電荷總數(shù)，得出還可能存在OH－或CO32－，再根據(jù)比例關(guān)系得出化學(xué)式。

(1) 100L Cr2O72－含量為108mgL-1的含鉻廢水中含Cr2O72－物質(zhì)的質(zhì)量，物質(zhì)的量n(Cr2O72－)，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒：

1mol：0.05mol = 3mol：n

解得n = 0.15mol，標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積；故答案為：3.36。

⑵室溫下，除去被SO2還原所得溶液中的Cr3+(使其濃度小于1×10-6molL-1)，，則，，則pH = 6，需調(diào)節(jié)溶液pH > 6；故答案為：> 6。

(3)三價鉻Cr(III)與雙氧水反應(yīng)可用于合成鉻黃(PbCrO4)，發(fā)生的是氧化還原反應(yīng)，圖象分析可知反應(yīng)達到平衡狀態(tài)達到最大轉(zhuǎn)化率，溫度升高超過70℃時過氧化氫分解，使平衡逆向進行，Cr(III)轉(zhuǎn)化率下降；故答案為：較高溫度下雙氧水分解。

⑷n(KMnO4) = 0.4000 molL-1×0.02L = 0.008mol，n(Fe2+)=5 n(KMnO4) = 50×0.008mol =0.04mol，依據(jù)發(fā)鹽的化學(xué)式可知在久置的發(fā)鹽中n(Al3+) = 2×[0.04mol + n(Fe3+)]，加入氨水后生成的干燥固體粉末中： n(Al2O3) = 0.04mol + n(Fe3+)，n(Fe2O3) = [0.04mol + n(Fe3+)]，102gmol-1×[0.04mol + n(Fe3+)] + 160gmol-1× [0.04mol + n(Fe3+)] = 9.10g

n(Fe3+) = 0.01mol，n(Al3+) = 2×[0.04mol + n(Fe3+)] = 0.1mol，n(SO42－)=2 n(Al3+) =0.2mol，久置的發(fā)鹽中的陽離子所帶電荷總數(shù)：3 n(Al3+) + 2n(Fe2+) +3 n(Fe3+) = 0.41mol，而已知的陰離子所帶電荷總數(shù)2n(SO42－)=0.4mol <0.41 mol，由于發(fā)鹽在空氣中被氧化，故其中還可能存在0.01molOH－或0.005mol CO32－，該發(fā)鹽的可能組成為

n(Al3+):[ n(Fe2+) + n(Fe3+)]:n(OH－): n(SO42－) = 0.1:0.05:0.01:0.2 = 10:5:1:20，化學(xué)式為Al10Fe5(OH)(SO4)20，n(Al3+):[ n(Fe2+) + n(Fe3+)]:n(CO32－): n(SO42－)= 0.1:0.05:0.005:0.2 = 20:10:1:40，化學(xué)式為Al20Fe10(CO3)(SO4)40；故該久置發(fā)鹽的可能化學(xué)組成為Al10Fe5(OH)(SO4)20或Al20Fe10(CO3)(SO4)40。