Question

以鉻鐵礦（主要成分是FeO?Cr₂O₃，含少量MgCO₃、Al₂O₃、SiO₂等）為原料制取鉻酸鈉（Na₂CrO₄）晶體的工藝流程如下：

已知：①+3價Cr在酸性溶液中性質穩(wěn)定，當pH＞9時以CrO₂^-形式存在且易氧化；
②常溫下，部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH如下．

陽離子	Fe3+	Fe2+	Mg2+	Al3+	Cr3+
開始沉淀時的pH	2.7	7.6	9.0	--	--
沉淀完全時的pH	3.7	9.6	11.0	8	9（＞9溶解）

（1）流程中兩次使用了H₂O₂，分別寫出反應的離子方程式：

 

、

 

．
（2）加入NaOH調節(jié)溶液的pH=8時，被除去的離子是

 

；調節(jié)溶液的pH＞11時，被除去的離子是

 

．
（3）“調pH=8”和“調pH＞11”中間的“過濾”步驟能否省略，為什么？

 

．
（4）流程圖中“□”內的操作是

 

．

Answer 1

考點：制備實驗方案的設計,難溶電解質的溶解平衡及沉淀轉化的本質,物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用

專題：實驗題,電離平衡與溶液的pH專題

分析：鉻鐵礦用稀硫酸酸浸，F(xiàn)eO、Cr₂O₃、MgCO₃、Al₂O₃與硫酸反應加入溶液，而SiO₂不反應，過濾除去SiO₂．用H₂O₂將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，再調節(jié)pH=8時，F(xiàn)e³⁺、Al³⁺完全沉淀，過濾得到濾渣為Al（OH）₃和Fe（OH）₃，再調節(jié)pH=11，Mg²⁺完全沉淀被除去且Cr元素以CrO₂^-的形式存在，過濾后，向濾液中再加入過氧化氫，將CrO₂^-氧化為CrO₄^2-，最后采取蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶的方法得到Na₂CrO₄晶體．
（1）第一次加入H₂O₂是為了將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，第二次加入H₂O₂是為了將CrO₂^-氧化為CrO₄^2-；
（2）當pH=8時Fe³⁺、Al³⁺已完全沉淀，pH＞11時，Mg²⁺完全被除去且Cr元素以CrO₂^-的形式存在；
（3）“調pH=8”時沉淀成分是Al（OH）₃和Fe（OH）₃，如果不把前者除去，當繼續(xù)加入NaOH至pH=11時，Al（OH）₃會溶解，引入雜質離子AlO₂^-；
（4）Na₂CrO₄溶液得到Na₂CrO₄晶體，可以采取蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶的方法．

解答： 解：（1）第一次加入H₂O₂是為了將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，反應離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；第二次加入H₂O₂是為了將CrO₂^-氧化為CrO₄^2-，反應離子方程式為：2CrO₂^-+3H₂O₂+2OH^-═2CrO₄^2-+4H₂O，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；2CrO₂^-+3H₂O₂+2OH^-═2CrO₄^2-+4H₂O；
（2）由陽離子轉化為氫氧化物完全沉淀的pH數(shù)據(jù)，可知當pH=8時Fe³⁺、Al³⁺已完全沉淀，pH＞11時，Mg²⁺完全被除去且Cr以CrO₂^-的形式存在，
故答案為：Fe³⁺、Al³⁺；Mg²⁺；
（3）“調pH=8”時沉淀成分是Al（OH）₃和Fe（OH）₃，如果不把前者除去，當繼續(xù)加入NaOH至pH=11時，Al（OH）₃會溶解，引入雜質離子AlO₂^-，
故答案為：不能，當pH=8時Al³⁺已經(jīng)完全轉化為Al（OH）₃，若不經(jīng)過濾除去，當繼續(xù)加入NaOH時Al（OH）₃會溶解，引入雜質離子AlO₂^-；
（4）Na₂CrO₄溶液得到Na₂CrO₄晶體，可以采取蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶的方法，
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶．

點評：本題屬于工藝流程制備題目，考查制備原理、實驗方案評價、物質分離提純、獲取信息的能力，是對基礎知識的綜合考查，難度中等．