Question

【題目】鐵是應用最廣泛的金屬，鐵的鹵化物、氧化物以及高價鐵的含氧酸鹽均為重要化合物。某廠為了變廢為寶，將工業廢水（含5.00×10-3 mol·L-1的Cr2O72-)處理得到磁性材料Cr0.5Fe1.5FeO4，設計了如下實驗流程：

（1）第①步反應的離子方程式是_____。

（2）第②步過濾得到的濾渣中主要成分除Cr(OH)3外，還有_____。

（3）為保證磁性材料的質量，應控制第①步反應后所得溶液中Fe3+與Fe2+的比例為___。在第②步過程中，須持續通入N2，原因是____________。

（4）將FeSO4溶液與稍過量的NH4HCO3溶液混合，得到含FeCO3的濁液。濁液長時間暴露在空氣中，會有部分固體表面變為紅褐色，該變化的化學方程式是_____。

（5）以工業碳酸鈣（含有少量A12O3、Fe3O4雜質）生產二水合氯化鈣（CaC12·2H2O）的方法為：將工業碳酸鈣溶于鹽酸，________得到CaC12·2H2O。（在橫線上補全實驗步驟，實驗中需用到的試劑和儀器有：鹽酸，雙氧水，氫氧化鈣，冰水，pH計）。有關離子開始沉淀及沉淀完全時的pH見下表

Answer 1

【答案】Cr2O72-+6Fe2++14H+=2 Cr3++6 Fe3++7H2O Fe(OH)3 Fe(OH)2 3:2 防止Fe2+被空氣中的氧氣氧化 4FeCO3+O2+6H2O=4Fe(OH)3+4CO2 先加入足量的雙氧水把Fe2+全部氧化為Fe3+，再加入氫氧化鈣并攪拌，用pH計調節溶液的pH為4.7，過濾，向得到的濾液中加鹽酸酸化后，蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾，用冰水洗滌，干燥后即得到CaC12·2H2O。

【解析】

（1）第①步反應是含Cr2O72-的酸性廢水與綠礬反應，Cr2O72-被還原為Cr3+，Fe2+被氧化為Fe3+，據此寫出反應的離子方程式；

（2）含Cr3+、Fe2+、Fe3+的溶液與氫氧化鈉反應生成Cr(OH)3、Fe(OH)3、Fe(OH)2，據此進行分析；

（3）根據磁性材料Cr0.5Fe1.5FeO4分子組成可知，Fe2+與Fe3+的比例為x:y，則根據化合物各元素化合價代數和為0得：x+y=2.5，0.5×3+2x+3y-2×4=0，解得x、y，進而計算出①步反應后所得溶液中Fe2+與Fe3+的比例；在第②步過程中，在N2氣氛圍下，Fe2+不易被氧化；

（4）含FeCO3的濁液長時間暴露在空氣中，會有部分固體表面變為紅褐色Fe(OH)3，據此寫出反應的化學方程式；

（5）將工業碳酸鈣溶于鹽酸，加入雙氧水，把Fe2+氧化為Fe3+，加入氫氧化鈣，攪拌，用pH計調節溶液的pH為4.7，過濾，對濾液進行一系列操作可以得到CaCl2·2H2O。

（1）第①步反應是含Cr2O72-的酸性廢水與綠礬反應，Cr2O72-被還原為Cr3+，Fe2+被氧化為Fe3+，反應的離子方程式為：Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O；

故答案是：Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6 Fe3++7H2O；

（2）含Cr3+、Fe2+、Fe3+的溶液與氫氧化鈉反應生成Cr(OH)3、Fe(OH)3、Fe(OH)2，故第②步過濾得到的濾渣中主要成分除Cr(OH)3外，還有Fe(OH)3和Fe(OH)2；

故答案是：Fe(OH)3 和Fe(OH)2；

（3）根據磁性材料Cr0.5Fe1.5FeO4分子組成可知，Fe2+與Fe3+的比例為x:y，則根據化合物各元素化合價代數和為0得：x+y=2.5，0.5×3+2x+3y-2×4=0，解得x=1，y=1.5，故為保證磁性材料的質量，應控制第①步反應后所得溶液中Fe2+與Fe3+的比例為1：1.5=2：3；在第②步過程中，須持續通入N2，原因是N2氣氛下，防止Fe2+被氧化；

故答案是：3:2；防止Fe2+被空氣中的氧氣氧化；

（4）含FeCO3的濁液長時間暴露在空氣中，會有部分固體表面變為紅褐色Fe(OH)3，反應的化學方程式為：4FeCO3+6H2O+O2=4Fe(OH)3+4CO2；

故答案是：4FeCO3+O2+6H2O=4Fe(OH)3+4CO2；

（5）將工業碳酸鈣溶于鹽酸，加入雙氧水，把Fe2+氧化為Fe3+，加入氫氧化鈣，攪拌，用pH計調節溶液的pH為4.7，過濾，除去氫氧化鋁和氫氧化鐵沉淀；向濾液中加鹽酸酸化，蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾，冰水洗滌，干燥得到CaCl2·2H2O；

故答案是：先加入足量的雙氧水把Fe2+全部氧化為Fe3+，再加入氫氧化鈣并攪拌，用pH計調節溶液的pH為4.7，過濾，向得到的濾液中加鹽酸酸化后，蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾，用冰水洗滌，干燥后即得到CaC12·2H2O。