Question

紅釩鈉（重鉻酸鈉：Na₂Cr₂O₇?2H₂O，橙紅色晶體）是重要的化工原料．工業(yè)鉻鐵礦（FeO?Cr₂O₃，含少量Al₂O₃和SiO₂）按圖1所示過程來制取紅釩鈉．

（1）步驟I的反應(yīng)有：4FeO?Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂=2Fe₂O₃+8Na₂CrO₄+8CO₂，生成1mol Na₂CrO₄轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為

 

mol；原料中加入CaCO₃的作用是

 

A．分解產(chǎn)生CaO，與某些雜質(zhì)反應(yīng)形成爐渣
B．分解時放出大量熱量，提高煅燒溫度
C．分解產(chǎn)生CO₂從下而上穿過，使得爐料翻滾，加快原料的煅燒氧化
（2）浸取液中含有鋁和硅的化合物，步驟Ⅲ過濾前要用稀H₂SO₄將浸取液的pH調(diào)至7～8，并煮沸除去鋁和硅的化合物，其離子方程式為：

 

（3）步驟Ⅳ反應(yīng)為：2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O，平衡常數(shù)表達(dá)式為：K=

 

如圖2是Na₂Cr₂O₇?2H₂O和Na₂SO₄的溶解度曲線：
（4）據(jù)此，步驟V操作的方法是：將Ⅳ所得溶液

 

（填操作），趁熱過濾得到的晶體是

 

（填化學(xué)式）；然后將所得溶液

 

（填操作），得到的晶體是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：制備實(shí)驗方案的設(shè)計,物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實(shí)驗設(shè)計題

分析：工業(yè)鉻鐵礦（FeO?Cr₂O₃，含少量Al₂O₃和SiO₂），加入碳酸鈣和碳酸鈉煅燒氧化反應(yīng)FeO?Cr₂O₃，和碳酸鈉在一起作用下發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成氧化鐵，鉻酸鈉和二氧化碳，水浸過濾后得到Na₂CrO₄溶液，加入硫酸酸化后通過蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌得到晶體；
（1）依據(jù)化學(xué)方程式4FeO?Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂=2Fe₂O₃+8Na₂CrO₄+8CO₂，分析反應(yīng)過程中元素化合價變化，計算電子轉(zhuǎn)移總數(shù)得到；碳酸鈣高溫分解生成氧化鈣和二氧化碳，氧化鈣和二氧化硅等雜質(zhì)形成爐渣除去，同時生成的二氧化碳?xì)怏w會使固體原理反應(yīng)完全；
（2）步驟Ⅰ中有氧化鐵生成，氧化鋁、二氧化硅發(fā)生反應(yīng)生成可溶性鹽，據(jù)此判斷步驟Ⅱ、Ⅲ中濾渣的成分；氧化鐵不溶于水，鉻鐵礦經(jīng)煅燒、水浸之后除去生成的氧化鐵，副反應(yīng)中生成Na₂SiO₃、NaAlO₂等雜質(zhì)，將pH值調(diào)低，可生成H₂SiO₃、Al（OH）₃沉淀過濾除去；
（3）依據(jù)反應(yīng)方程式和平衡常數(shù)的概念書寫表達(dá)式；
（4）分析圖象中溶解度隨溫度的變化，操作是先分離出硫酸鈉，再獲得紅礬鈉，由圖可知，硫酸鈉的溶解度受溫度影響比較大，溫度高于50°C溶解度減小，所以應(yīng)采取升溫蒸發(fā)濃縮，結(jié)晶、過濾；紅礬鈉溶解度受溫度影響變化是隨溫度升高增大，應(yīng)采取蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶、過濾的方法得到．

解答： 解：（1）4FeO?Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂=2Fe₂O₃+8Na₂CrO₄+8CO₂，反應(yīng)中依據(jù)元素化合價變化分析計算，依據(jù)氧氣是氧化劑，7mol氧氣反應(yīng)得到電子28mol，所以生成8molNa₂CrO₄轉(zhuǎn)移的電子數(shù)28mol，生成1mol Na₂CrO₄轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為3.5mol；加入碳酸鈣和碳酸鈉煅燒氧化反應(yīng)FeO?Cr₂O₃，和碳酸鈉在一起作用下發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成氧化鐵，鉻酸鈉和二氧化碳，水浸過濾后得到Na₂CrO₄溶液，加入硫酸酸化后通過蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌得到晶體；
A．分解產(chǎn)生CaO，與某些雜質(zhì)反應(yīng)形成爐渣，起到除雜的作用，故A符合；
B．分解時放出大量熱量，提高煅燒溫度分解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，故B錯誤；
C．分解產(chǎn)生CO₂從下而上穿過，使得爐料翻滾，增大爐料與氧氣的 接觸面積加快原料的煅燒氧化，故C符合；
故答案為：3.5；AC；
（2）步驟Ⅰ中有氧化鐵生成，氧化鋁、二氧化硅發(fā)生反應(yīng)生成可溶性鹽，據(jù)此判斷步驟Ⅱ、Ⅲ中濾渣的成分；氧化鐵不溶于水，鉻鐵礦經(jīng)煅燒、水浸之后除去生成的氧化鐵及氧化鎂，副反應(yīng)中生成Na₂SiO₃、NaAlO₂等雜質(zhì)，將pH值調(diào)低，可生成H₂SiO₃、Al（OH）₃沉淀過濾除去；
步驟中調(diào)節(jié)pH值，生成H₂SiO₃、Al（OH）₃沉淀過濾除去，反應(yīng)的離子方程式為：AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃↓，SiO₃^2-+2H⁺+=H₂SiO₃↓，
故答案為：AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃↓，SiO₃^2-+2H⁺+=H₂SiO₃↓；
（3）2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O，反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

c(Cr2O72-)

c2(CrO42-)c2(H+)

，故答案為：

c(Cr2O72-)

c2(CrO42-)c2(H+)

；
（4）分析圖象中溶解度隨溫度的變化，操作是先分離出硫酸鈉，再獲得紅礬鈉，由圖可知，硫酸鈉的溶解度受溫度影響比較大，溫度高于50°C溶解度減小，所以應(yīng)采取升溫蒸發(fā)濃縮，結(jié)晶、過濾；紅礬鈉溶解度受溫度影響變化是隨溫度升高增大，應(yīng)采取蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶、過濾的方法得到；步驟V操作的方法是：將Ⅳ所得溶液蒸發(fā)濃縮，趁熱過濾得到硫酸鈉晶體，然后將得到的濾液冷卻結(jié)晶過濾得到Na₂Cr₂O₇?2H₂O，
故答案為：蒸發(fā)濃縮；Na₂SO₄；冷卻結(jié)晶、過濾；Na₂Cr₂O₇?2H₂O．

點(diǎn)評：本題考查了物質(zhì)制備的流程分析判斷，物質(zhì)性質(zhì)和實(shí)驗操作的分析應(yīng)用，把握晶體析出的原理和溶解度變化特征的分析是解題關(guān)鍵，題目難度中等．