Question

【題目】重鉻酸鈉(Na2Cr2O72H2O)俗稱紅礬鈉，在工業(yè)上有廣泛的用途。我國(guó)目前主要是以鉻鐵礦(主要成份為FeOCr2O3，還含有Al2O3、MgO、SiO2等雜質(zhì))為主要原料進(jìn)行生產(chǎn)，其主要工藝流程如下：

①中涉及的主要反應(yīng)有：

主反應(yīng)：4FeO·Cr2O3+8Na2CO3+7O28Na2CrO4+2Fe2O3+8CO2

副反應(yīng)：SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑、Al2O3+Na2CO32NaAlO2+CO2↑

部分陽(yáng)離子以氫氧化物形式完全沉淀時(shí)溶液的pH：

沉淀物	Al(OH)3	Fe(OH)3	Mg(OH)2	Cr(OH)3
完全沉淀時(shí)溶液pH	4.7	3.7	11.2	5.6

試回答下列問(wèn)題：

(1)①中反應(yīng)是在回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行，反應(yīng)時(shí)需不斷攪拌，其作用是__________________；

(2)③中調(diào)節(jié)pH至4.7，目的是__________________；

(3)⑤中加硫酸酸化的目的是使CrO42-轉(zhuǎn)化為Cr2O72-，請(qǐng)寫出該平衡轉(zhuǎn)化的離子方程式：__________________；

(4)⑦中采用冷卻結(jié)晶的方法析出紅礬鈉，依據(jù)是_________________________ ；

(5)制取紅礬鈉后的廢水中還含有少量的CrO42-，根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，含CrO42-的廢水要經(jīng)化學(xué)處理，使其濃度降至5.0×10-7 mol·L-1以下才能排放。含CrO42-的廢水處理通常有以下兩種方法。

①沉淀法：加入可溶性鋇鹽生成BaCrO4沉淀［Ksp(BaCrO4)＝1.2×10－10］，再加入可溶性硫酸鹽處理多余的Ba2＋。加入可溶性鋇鹽后的廢水中Ba2＋的濃度應(yīng)不小于__________________mol·L－1，后續(xù)廢水處理方能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

②還原法：CrO42－Cr3＋Cr(OH)3。綠礬還原CrO42－的離子方程式為：__________________。用該方法處理10 m3CrO42－的物質(zhì)的量濃度為1.5×10－3 mol·L－1的廢水，至少需要綠礬(FeSO47H2O，相對(duì)分子質(zhì)量為278)的質(zhì)量是__________________kg(保留兩位小數(shù))。

Answer 1

【答案】使反應(yīng)物接觸更充分，加快反應(yīng)速率 除去溶液中的AlO2-、SiO32- 2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O 紅礬鈉的溶解度隨溫度的降低而減小 2.4×10-4 CrO42-+3Fe2++8H+=Cr3++3Fe3++4H2O 12.51

【解析】

以鉻鐵礦為原料制備重鉻酸鈉，鉻鐵礦經(jīng)煅燒、水浸之后除去生成的氧化鐵，調(diào)節(jié)pH至4.7，使溶液中的AlO2-、SiO32-轉(zhuǎn)化為Al(OH)3、H2SiO3沉淀除去；然后將濾液經(jīng)酸化、蒸發(fā)結(jié)晶后可生成重鉻酸鈉。

(1)①中反應(yīng)是在回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行，反應(yīng)時(shí)需不斷攪拌，其作用是作用是使反應(yīng)物接觸更充分，達(dá)到加快反應(yīng)速率的目的；

(2)③中調(diào)節(jié)pH至4.7，目的是使溶液中的AlO2-、SiO32-轉(zhuǎn)化為Al(OH)3、H2SiO3沉淀除去；

(3)⑤中加硫酸酸化的目的是使CrO42-轉(zhuǎn)化為Cr2O72-，該反應(yīng)的離子方程式為：2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O；

(4)⑦中采用冷卻結(jié)晶的方法析出紅礬鈉，是由于紅礬鈉的溶解度隨溫度的降低而減小，降低溫度，可以降低紅礬鈉的溶解度，從而結(jié)晶析出；

(5)①由于Ksp(BaCrO4)=1.2×10－10，Ksp(BaCrO4)=c(Ba2+)·c(CrO42-)，含CrO42-的廢水要經(jīng)化學(xué)處理，使其濃度降至5.0×10-7 mol·L-1以下才能排放，所以此時(shí)溶液中c(Ba2+)= mol/L=2.4×10-4 mol/L；

②CrO42-、Fe2+在酸性條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生Cr3+、Fe3+及H2O，反應(yīng)的離子方程式為：CrO42-+3Fe2++8H+=Cr3++3Fe3++4H2O，10 m3CrO42-的物質(zhì)的量濃度為1.5×10-3 mol·L-1的廢水中含有CrO42-的物質(zhì)的量n(CrO42-)=1.5×10-3 mol·L-1×10 ×103 L=15 mol，則根據(jù)反應(yīng)方程式可知需消耗綠礬的質(zhì)量m(FeSO47H2O)=15 mol ×3×278 g/mol=12510 g=12.51 kg。