Question

鐵是地殼中含量第二的金屬元素，其單質、合金化合物在生產生活中的應用廣泛。
（一）工業廢水中有一定量的Cr₂O₇^2--和CrO₄^2-，它們會對人類及生態系統產生很大的危害，必須進行處理。常用的處理方法是電解法，該法用Fe作電極電解含Cr₂O₇^2-的酸性廢水，隨著電解的進行，陰極附近溶液pH升高，產生Cr(OH)₃沉淀。
（1）用Fe作電極的目的是____________________________________________________。
（2）陰極附近溶液pH升高的原因是___________（用電極反應式解釋）；溶液中同時生成的沉淀還有___________。
（二）氮化鐵磁粉是一種磁記錄材料，利用氨氣在400℃以上分解得到的氮原子滲透到高純鐵粉中可制備氮化鐵。制備高純鐵涉及的主要生產流程如下：

已知：①某赤鐵礦石含60.0Fe₂O₃、3.6% FeO，還含有Al₂O₃、MnO₂、CuO等。
②部分陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的pH：

（3）步驟②中加雙氧水的目的是__________________，pH控制在3.4的作用是_______________________；已知25℃時，K_sp[Cu(OH) ₂] =2.0×10^-20，該溫度下反應：Cu²⁺+2H₂O Cu(OH) ₂+2H⁺的平衡常數K=_______。
（4）如何判斷步驟③中沉淀是否洗滌干凈？_____________________________________。

Answer 1

(14分)
（1）提供還原劑Fe²⁺(2分)
（2）2H⁺+2e^-=H₂↑ （或2H₂O-2e^-= H²↑+2OH^-）(2分)；Fe(OH)₃ (1分)
（3）將溶液中的Fe²⁺氧化成Fe³⁺(1分)；使溶液中的Fe³⁺完全沉淀，而其他金屬離子不沉淀(1分)；
5.0×10^-9(2分)
（4）取少量最后一次洗滌液于試管中，滴加BaCl₂溶液，若有白色沉淀生成，則表明沉淀沒有洗凈；若無白色沉淀生成，則表明沉淀已洗凈(2分)

解析試題分析：
（1）Fe作電極的目的是提供還原劑Fe²⁺與Cr₂O₇^2-反應。
（2）H⁺在陰極放電：2H⁺+2e^-=H₂↑，導致附近溶液pH升高；
附近溶液pH升高使得Fe³⁺+3H₂OFe(OH)₃+3H⁺，平衡正移出現Fe(OH)₃沉淀，
（3）根加雙氧水的目的是將溶液中的Fe²⁺氧化成Fe³⁺，通過調節pH到3.4除去Fe³⁺；K_sp[Cu(OH) ₂] =c(Cu²⁺)×c²(OH^-)=2.0×10^-20, K= c²(H⁺)/ c(Cu²⁺)=K²_W/ K_sp[Cu(OH) ₂]= 5.0×10^-9。
（4）檢驗方法：取少量最后一次洗滌液于試管中，滴加BaCl₂溶液，若有白色沉淀生成，則表明沉淀沒有洗凈；若無白色沉淀生成，則表明沉淀已洗凈
考點：本題考查氧化還原、沉淀的生成、化學實驗、電池等相關知識。。