Question

1．工业上处理含铬（主要成分是HCrO₄^-）污水并制备磁性铁铬氧体工艺流程如图1：

（1）还原过程中HCrO₄^-转化为Cr³⁺的离子方程式为HCrO₄^-+3Fe²⁺+7H⁺=Cr³⁺+3Fe³⁺+4H₂O，氧化产物是Fe₂（SO₄）₃．
（2）当沉淀池中c（Fe²⁺）：c（Fe³⁺）=2：1时，能生成铁铬氧体．通入压缩空气是形成铁铬氧体的必要条件之一，压缩空气的设备是B（填字母）．
A．离心机          B．压缩机       C．沸腾炉
（3）通入压缩空气的目的是搅拌，将Fe²⁺氧化为Fe³⁺、或调节Fe²⁺和Fe³⁺的比例，在加NaOH溶液之前通入的空气量不宜过多，若过多必须向沉淀池中增补的物质可能为：AD（填字母）．
A．FeSO₄     B．Cu       C．H₂O₂      D．Fe
（4）已知三价铬[Cr（Ⅲ）]在水溶液中的存在形态随pH 的变化如图2，为尽可能除去铬元素实现清液达标排放，沉淀池中pH要控制在6.0～12；若pH过高，溶液中残留铬量增大，其原因为Cr（OH）₃+OH^-=Cr（OH）₄^-．（用离子方程式表示）．
（5）常温下，pH=8时，水溶液中Cr³⁺离子的物质的量浓度为6.3×10^-13mol/L．（已知Ksp[Cr（OH）₃]=6.3×10^-31）

Answer 1

分析 含铬（主要成分是HCrO₄^-）污水，加入稀硫酸和硫酸亚铁，HCrO₄^-与亚铁离子发生氧化还原反应生成铁离子和铬离子，通入压缩空气既可以搅拌溶液，又可将部分亚铁离子氧化成铁离子，使溶液中铁离子和亚铁离子的物质的量之比为1：2，再加入氢氧化钠溶液形成铁铬氧体，若在加NaOH溶液之前通入的空气量过多，则溶液中亚铁离子的比例偏小，铁离子偏多，可以加入亚铁离子，或铁单质生成亚铁离子，根据图2所示可知，当溶液的pH在6.0～12时，铬以氢氧化铬的形式存在，可以除去溶液中的铬元素，再增大溶液的pH值时，铬元素以Cr（OH）₄^-形式存在，而溶解在水中，据此答题．
（1）还原过程中HCrO₄^-转化为Cr³⁺，亚铁离子被氧化成铁离子，根据得失电子守恒和电荷守恒配平并书写离子反应方程式，化合价升高后的产物为氧化产物；
（2）利用离心运动的机械叫做离心机，沸腾炉是为了增加反应物的接触面积，压缩空气通常采用压缩机进行压缩；
（3）通入压缩空气的目的是搅拌、将Fe²⁺氧化为Fe³⁺或调节Fe²⁺和Fe³⁺的比例，在加NaOH溶液之前通入的空气量不宜过多，若过多亚铁离子被氧化成铁离子偏多，据此分析解答；
（4）根据pH 的变化图分析氢氧化铬沉淀的PH，若pH过高，铬元素以Cr（OH）₄^-形式存在，而溶解在水中；
（5）Cr（OH）₃的溶度积K_sp=c（Cr³⁺）•c（OH^-）³，pH约为8，则c（OH^-）=10^-6mol/L，根据K_sp[Cr（OH）₃]=6.3×10^-31计算c（Cr³⁺）．

解答 解：（1）HCrO₄^-与亚铁离子发生氧化还原反应生成铁离子和铬离子，根据得失电子守恒Fe²⁺、Fe³⁺，前系数都为3，结合电荷守恒，该反应的离子方程式为HCrO₄^-+3Fe²⁺+7H⁺=Cr³⁺+3Fe³⁺+4H₂O，亚铁离子被氧化成铁离子，所以反应产物Fe₂（SO₄）₃为氧化产物，
故答案为：HCrO₄^-+3Fe²⁺+7H⁺=Cr³⁺+3Fe³⁺+4H₂O；Fe₂（SO₄）₃；
（2）利用离心运动的机械叫做离心机，通常将悬浊液进行迅速沉淀采用离心机，沸腾炉是为了增加反应物的接触面积，压缩空气通常采用压缩机进行压缩，
故答案为：B；
（3）通入压缩空气既可以搅拌溶液，又可将部分亚铁离子氧化成铁离子，使溶液中铁离子和亚铁离子的物质的量之比为1：2，若通入的空气量过多，则溶液中亚铁离子的比例偏小，铁离子偏多，可以加入亚铁离子，或铁单质生成亚铁离子，故选AD，
故答案为：搅拌、将Fe²⁺氧化为Fe³⁺或调节Fe²⁺和Fe³⁺的比例；AD；
（4）根据图2所示可知，当溶液的pH在6.0～12时，铬以氢氧化铬的形式存在，可以除去溶液中的铬元素，再增大溶液的pH值时，Cr（OH）₃+OH^-=Cr（OH）₄^-，铬元素以Cr（OH）₄^-形式存在，而溶解在水中，
故答案为：6.0～12；Cr（OH）₃+OH^-=Cr（OH）₄^-；
（5）约为8，则c（OH^-）=10^-6mol/L，K_sp[Cr（OH）₃]=6.3×10^-31=c（Cr³⁺）•c（OH^-）³，c（Cr³⁺）=$\frac{6.3×1{0}^{-31}}{（1{0}^{-6}）^{3}}$=6.3×10^-13mol/L，
故答案为：6.3×10^-13mol/L．

点评 本题考查了污水处理以及磁性铁铬氧体的制备，涉及离子方程式书写、沉淀溶解平衡的计算等知识，注意控制溶液中铁离子和亚铁离子的比例是制备铁铬氧体的关键，答题时要注意抓住这一原理分析，题目难度中等．