Question

1．重鉻酸鹽廣泛用作氧化劑、皮革制作等．以鉻礦石（主要成分是Cr₂O₃，含FeO、Al₂O₃、SiO₂等雜質）為原料制取重鉻酸鈉的流程如圖1：

請回答下列問題：
（1）固體殘渣主要是含鐵元素的氧化物．在高溫焙燒時生成Na₂CrO₄的化學方程式2Cr₂O₃+4Na₂CO₃+3O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+4CO₂；
（2）操作Ⅱ中通入過量CO₂生成沉淀的離子方程式分別為：SiO₃^2-+2CO₂+2H₂O=H₂SiO₃↓+2HCO₃^-；AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（3）下列儀器在分離出含Na₂CrO₄溶液的操作中，不需要的是ACE．
A．酒精燈   B．燒杯   C．蒸發(fā)皿   D．漏斗   E．冷凝管
（4）用硫酸酸化時發(fā)生反應的離子方程式是2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂0₇^2-+H₂0．
（5）工業(yè)酸性廢水中的Cr₂O₇^2-通常以鐵做電極，采用電 解法除去．在如圖2所示的裝置中：
①電極A區(qū)Cr₂O₇^2-（Cr₂O₇^2-還原為Cr³⁺）發(fā)生反應的離子方程式是Cr₂0₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂0；
②假設一段時間后，所得溶液中Fe³⁺和Cr³⁺的物質的量濃度均為0.1  mol/L，要使Fe³⁺沉淀完全而Cr³⁺還未開始沉淀．則需調節(jié)溶液   pH的范圍是3.2～4.3之間．（已知：K_SPFe（OH）₃=4.0×10^-38，K_SPCr（OH）₃=6.0×10^-31，lg$\root{3}{0.4}$=-0.1，lg$\root{3}{4}$=0.2，lg$\root{3}{6}$=0.3，lg$\root{3}{60}$=0.6）

Answer 1

分析 以鉻礦石（主要成分是Cr₂O₃，含FeO、Al₂O₃、SiO₂等雜質）為原料，加入碳酸鈉和氧氣高溫灼燒發(fā)生反應生成鉻酸鈉，二氧化碳，水浸后過濾得到濾渣FeO，濾液為Na₂CrO₄，Na₂SiO₃，NaAlO₂；調節(jié)溶液PH沉淀硅酸跟離子和偏鋁酸根離子，過濾得到濾液Na₂CrO₄，加入硫酸酸化生成重鉻酸鈉溶液，通過提純得到重鉻酸鈉，以此來解答；
（1）水洗后的溶液里含有Na₂CrO₄，Na₂SiO₃，NaAlO₂，結合質量守恒定律及礦石的成分，可知殘渣的成分里含有鐵，純堿和Cr₂O₃生成Na₂CrO₄的同時得到CO₂氣體；
（2）過量的CO₂生成的鹽是NaHCO₃，同時得到弱酸硅酸和氫氧化鋁沉淀；
（3）通過過濾分離出含Na₂CrO₄溶液，只需要漏斗和燒杯及玻璃棒，可判斷出不需要的儀器；
（4）硫酸酸化的目的是將Na₂CrO₄轉化為Na₂Cr₂O₇，同時有水生成，據此寫出反應方程式，再改寫成離子方程式；
（5）①電極A區(qū)將Cr₂O₇^2-還原為Cr³⁺，發(fā)生的是還原反應，而A極區(qū)為陽極，應該發(fā)生的是氧化反應，可見鐵為陽極，發(fā)生氧化反應生成Fe²⁺，再將Cr₂O₇^2-還原為Cr³⁺，同時得到Fe³⁺；
②可結合溶度積常數K_SPFe（OH）₃=4.0×10^-38，K_SPCr（OH）₃=6.0×10^-31，計算出Fe³⁺沉淀完全時溶液的pH及Cr³⁺開始沉淀時的溶液pH就可以得出pH的范圍．

解答 解：以鉻礦石（主要成分是Cr₂O₃，含FeO、Al₂O₃、SiO₂等雜質）為原料，加入碳酸鈉和氧氣高溫灼燒發(fā)生反應生成鉻酸鈉，二氧化碳，水浸后過濾得到濾渣FeO，濾液為Na₂CrO₄，Na₂SiO₃，NaAlO₂；調節(jié)溶液PH沉淀硅酸跟離子和偏鋁酸根離子，過濾得到濾液Na₂CrO₄，加入硫酸酸化生成重鉻酸鈉溶液，通過提純得到重鉻酸鈉；
（1）由上述分析可知，濾渣為FeO，則固體殘渣主要是含鐵元素的氧化物，在高溫焙燒時生成Na₂CrO₄的化學方程式為2Cr₂O₃+4Na₂CO₃+3O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+4CO₂，故答案為：鐵（或Fe）； 2Cr₂O₃+4Na₂CO₃+3O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+4CO₂；
（2）操作Ⅱ中通入過量CO₂生成沉淀的離子方程式分別為SiO₃^2-+2CO₂+2H₂O=H₂SiO₃↓+2 HCO₃^-、AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，故答案為：SiO₃^2-+2CO₂+2H₂O=H₂SiO₃↓+2HCO₃^-；AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（3）分離出含Na₂CrO₄溶液，需要過濾，儀器為漏斗、燒杯、玻璃棒，不需要ACE，故答案為：ACE；
（4）用硫酸酸化時發(fā)生反應的離子方程式是2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂0₇^2-+H₂0，故答案為：2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂0₇^2-+H₂0；
（5）工業(yè)酸性廢水中的Cr₂O₇^2-通常以鐵做電極，則Fe為陽極，失去電子生成亞鐵離子，具有還原性，
①電極A區(qū)Cr₂O₇^2-（Cr₂O₇^2-還原為Cr³⁺）發(fā)生反應的離子方程式是Cr₂0₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂0，故答案為：Cr₂0₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂0；  
②反應后所得溶液中Fe³⁺和Cr³⁺的物質的量濃度均為0.1mol/L，要使Fe³⁺沉 淀完全而Cr³⁺還未開始沉淀，需要c（Fe³⁺）=10^-5mol/l時鐵離子沉淀完全，由溶度積常數Ksp=c（Fe³⁺）c³（OH^-），c³（OH^-）=$\frac{4.0×1{0}^{-38}}{1×1{0}^{-5}}$=4.0×10^-33 ，c（OH^-）=$\root{3}{4.0×1{0}^{-33}}$=$\root{3}{4}$×10^-11mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{c（O{H}^{-}）}=\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{0.2}×1{0}^{-11}}$=10^-3.2，pH=-lgc（H⁺）=3.2；
Cr³⁺還未開始沉淀，c（Cr³⁺）=0.1mol/L，Ksp=c（Cr³⁺）c³（OH^-）=6.0×10^-31，c³（OH^-）=$\frac{6.0×1{0}^{-31}}{0.1}$=6.0×10^-30；c（OH^-）=$\root{3}{6}$×10^-10mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{0.3}×1{0}^{-10}}$=10^-4.3mol/L，pH=-lgc（H⁺）=4.3，
則要使Fe³⁺沉淀完全而Cr³⁺還未開始沉淀．則需調節(jié)溶液pH的范圍是3.2～4.3，
故答案為：3.2～4.3之間．

點評 本題考查混合物分離提純的綜合應用，為高頻考點，把握流程中的反應及混合物分離提純方法等為解答的關鍵，側重分析與應用及計算能力的考查，綜合性較強，題目難度中等．