Question

19．Cr（VI）對(duì)A體具有致癌、致突變作用．鐵氧體法（鐵氧體是組成類似于Fe₃O₄的復(fù)合氧化物，其中部分Fe（III）可被Cr（III）等所代換）是目前處理Cr（VI）廢水的常見方法之一，其工藝流程如圖：

（1）Cr（VI）包括CrO₄^2-和Cr₂O₇^2-，我國(guó)排放標(biāo)準(zhǔn)是每升廢水鉻元素含量不超過(guò)0.5mg•L^-1．
①轉(zhuǎn)化反應(yīng)：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{c（C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}）}{{c}^{2}（Cr{{O}_{4}}^{2-}）•{c}^{2}（{H}^{+}）}$．
②取某Cr（VI）廢水（只含CrO₄^2-）與2.0×1 0^-4mol•L^-lAgNO₃溶液等體積混合，有棕紅色Ag₂CrO₄沉淀，則原廢水中六價(jià)鉻超標(biāo)20.8倍以上[已知K_sp（Ag₂CrO₄）=1.0×10^-12]．
（2）鐵氧體法處理含Cr₂O₇^2-廢水的工藝流程中：
①“反應(yīng)槽”中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Ce²⁺+6Fe³⁺+7H₂O．
②在“加熱曝氣槽”中通入壓縮空氣的目的是將部分氫氧化亞鐵氧化為氫氧化鐵以形成鐵氧體．
（3）實(shí)驗(yàn)室有100L含Cr（VI）強(qiáng)酸性廢水（只含Cr₂O₇^2-），經(jīng)測(cè)定Cr₂O₇^2-濃度為2×10^-4mol/L．設(shè)計(jì)通過(guò)向其中加入一定量的FeSO₄•7H₂O，攪拌充分反應(yīng)后再加入NaOH溶液調(diào)節(jié)pH，攪拌并加熱，使Cr和Fe恰好均轉(zhuǎn)化為Fe³⁺[Fe²⁺•Fe_1-x³⁺Cr_y³⁺]O₄．（不考慮微量的殘留）．
計(jì)算100L該廢水需加入的FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量，寫出計(jì)算過(guò)程．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)為生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積之比列式；
②根據(jù)K_sp（Ag₂CrO₄）計(jì)算CrO₄^2-的濃度可得；
（2）①“反應(yīng)槽”中在稀硫酸的作用下Cr₂O₇^2-氧化硫酸亞鐵生成三價(jià)鉻離子和鐵離子；
②在“加熱曝氣槽”加入氫氧化鈉將溶液中的鐵離子、亞鐵離子生成氫氧化物，通入壓縮空氣將部分氫氧化亞鐵氧化為氫氧化鐵以形成鐵氧體；
（3）根據(jù)反應(yīng)Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Ce²⁺+6Fe³⁺+7H₂O計(jì)算消耗的n（Fe²⁺）生成的n（Ce³⁺）和n（Fe³⁺），再計(jì)算形成鐵氧體中的亞鐵離子的物質(zhì)的量，根據(jù)鐵元素質(zhì)量守恒計(jì)算可得．

解答 解：（1）①2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{c（C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}）}{{c}^{2}（Cr{{O}_{4}}^{2-}）•{c}^{2}（{H}^{+}）}$；
故答案為：$\frac{c（C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}）}{{c}^{2}（Cr{{O}_{4}}^{2-}）•{c}^{2}（{H}^{+}）}$；
②某Cr（VI）廢水（只含CrO₄^2-）與2.0×1 0^-4mol•L^-lAgNO₃溶液等體積混合，則混合溶液中c（Ag⁺）=1.0×1 0^-4mol•L^-l，已知知K_sp（Ag₂CrO₄）=1.0×10^-12，混合溶液中c（CrO₄^2-）=$\frac{Ksp（A{g}_{2}Cr{O}_{4}）}{{c}^{2}（A{g}^{+}）}$=$\frac{1.0×1{0}^{-12}}{（1.0×1{0}^{-4}）^{2}}$=1.0×1 0^-4mol•L^-l，故原廢水中c（CrO₄^2-）=2.0×1 0^-4mol•L^-l=2.0×1 0^-4×52×10³mg•L^-1=10.4mg•L^-1，原廢水中六價(jià)鉻超標(biāo)10.4mg•L^-1÷0.5mg•L^-1=20.8倍；
故答案為：20.8；
（2）①“反應(yīng)槽”中在稀硫酸的作用下Cr₂O₇^2-氧化硫酸亞鐵生成三價(jià)鉻離子和鐵離子，反應(yīng)物為：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Ce²⁺+6Fe³⁺+7H₂O；
故答案為：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Ce²⁺+6Fe³⁺+7H₂O；
②在“加熱曝氣槽”加入氫氧化鈉將溶液中的鐵離子、亞鐵離子生成氫氧化物，通入壓縮空氣將部分氫氧化亞鐵氧化為氫氧化鐵以形成鐵氧體；
故答案為：將部分氫氧化亞鐵氧化為氫氧化鐵以形成鐵氧體；
（3）有100L含Cr（VI）強(qiáng)酸性廢水（只含Cr₂O₇^2-），Cr₂O₇^2-濃度為2×10^-4mol/L，則n（Cr₂O₇^2-）=2×10^-4mol/L×100L=0.0200mol，反應(yīng)Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Ce²⁺+6Fe³⁺+7H₂O，還原反應(yīng)需消耗n₁（Fe²⁺）=0.1200mol，同時(shí)反應(yīng)生成的n（Ce³⁺）=0.0400mol，n（Fe³⁺）=0.1200mol，
與Ce³⁺和Fe³⁺形成鐵氧體的n₂（Fe²⁺）=$\frac{1}{2}$×n（Ce³⁺）+$\frac{1}{2}$×n（Fe³⁺）=0.0800mol，
n（FeSO₄•7H₂O）=n₁（Fe²⁺）+n₂（Fe²⁺）=0.2000mol，
故加入的m（FeSO₄•7H₂O）=0.2000mol×278g/mol=55.6g，
答：100L該廢水需加入的FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量為55.6g．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)制備方案設(shè)計(jì)，主要考查了化學(xué)方程式的書寫、實(shí)驗(yàn)方案評(píng)價(jià)、氧化還原反應(yīng)等，題目難度中等，加強(qiáng)隨數(shù)據(jù)的處理和分析能力，側(cè)重于考查學(xué)生的分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能量，注意相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)與積累．