Question

【题目】某厂废水中含5.00×10－3 mol·L－1的Cr2O72-，其毒性较大。某研究性学习小组为了变废为宝，将废水处理得到磁性材料Cr0.5Fe1.5FeO4(Fe的化合价依次为＋3、＋2)，设计了如下实验流程：

（1）第①步反应的离子方程式是__________________________________________。

（2）第②步中用pH试纸测定溶液pH的操作是________________________________。

（3）第②步过滤得到的滤渣中主要成分除Cr(OH)3外，还有_____________________。

（4）欲使1 L该废水中的Cr2O72－完全转化为Cr0.5Fe1.5FeO4，理论上需要加入________g FeSO4·7H2O。

（5）FeSO4·7H2O晶体制备步骤如下：取过量洁净的铁屑，加入20%～30%的稀硫酸溶液，在50 ℃～80℃水浴中加热至不再产生气泡。将溶液趁热过滤，滤液移至试管中，用橡胶塞塞紧试管口，静置、冷却一段时间后收集产品。

①反应时铁屑过量的目的是(用离子方程式表示) ________________________。

②溶液趁热过滤的原因是___________________________________________。

Answer 1

【答案】Cr2O72-＋6Fe2＋＋14H＋＝2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O 将一小块pH试纸放在表面皿上，用玻璃棒蘸取少量待测液，点在pH试纸上，再与标准比色卡对照 Fe(OH)3、Fe(OH)2 13.9 Fe＋2Fe3＋＝3Fe2＋ 减少FeSO4的损失；防止空气进入试管将Fe2＋氧化为Fe3＋

【解析】

废水中的Cr2O72-具有氧化性，在酸性条件下，与FeSO4·7H2O发生氧化还原反应生成含有Fe3+和Cr3+溶液，根据得到磁性材料Fe的化合价依次为＋3、＋2，因此加入的FeSO4·7H2O需要过量，形成含有Fe2+ 、Fe3+ 、Cr3+、SO42-的溶液，通过加入NaOH调节溶液的pH值用pH试纸测定溶液pH为9，在碱性条件下使Fe2+ 、Fe3+ 、Cr3+完全转化为Cr(OH)3、Fe(OH)3和Fe(OH)2三种沉淀，通过过滤操作与SO42-分离，最后对Cr(OH)3、Fe(OH)3和Fe(OH)2三种沉淀洗涤、干燥、焙烧，最终制得磁性材料Cr0.5Fe1.5FeO4。

(1)Cr2O72有较强氧化性，FeSO4·7H2O中Fe2+有一定的还原性,在酸性介质中发生氧化还原反应，由实验流程可知，第①步反应中Cr2O72在酸性条件下将Fe2+氧化为Fe3+，自身被还原为Cr3+，根据得失电子、原子守恒及所处环境可知，还应有水生成，反应离子方程式为Cr2O72-＋6Fe2＋＋14H＋＝2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O；

(2)用pH试纸测定溶液pH的操作是将一小块pH试纸放在表面皿上，用玻璃棒蘸取少量待测液，点在pH试纸上，再与标准比色卡对照；

(3)由题给框图之二可得：Fe2+过量，加NaOH时，产生Cr(OH)3、Fe(OH)3和Fe(OH)2三种沉淀物，故答案为：Fe(OH)3、Fe(OH)2；

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

（5）①铁粉过量是防止亚铁离子被氧化，铁和铁离子反应重新生成亚铁离子，反应的离子方程式为：Fe+2Fe3+＝3Fe2+；

②一般物质的溶解度随温度的升高而增大，因此热溶液趁热过滤可减少硫酸亚铁晶体析出，从而减小FeSO4的损失。