Question

【题目】工业上以铬铁矿(主要成分为FeO和Cr2O3，含有Al2O3、SiO2等杂质)为主要原料生产化工原料红矾钠(主要成分为:Na2Cr2O7·2H2O)，其主要工艺流程如下：

查阅相关资料得知:

i.常温下，NaBiO3不溶于水，有强氧化性，在碱性条件下能将Cr3+转化为CrO42－，自身被还原为Bi(OH)3固体。

ii.几种金属离子沉淀的pH：

物质	开始沉淀的pH	完全沉淀的pH
Fe(OH)3	2.7	3.7
Al(OH)3	3.4	4.4
Cr(OH)3	4.6	5.9
Fe(OH)2	7.5	9.7
Bi(OH)3	0.7	4.5

回答下列问题:

(1)加入过量硫酸之前先要将铬铁矿矿石粉碎，其目的是________________________。

(2)操作I、III、IV用到的主要玻璃仪器有玻璃棒和___________（填仪器名称）。

(3)写出④反应的化学方程式_____________________________________________。

(4)⑤中酸化是使CrO42－转化为Cr2O72－写出该反应的离子方程式_____________。

(5)将溶液H经下列操作：蒸发浓缩，__________，过滤，洗涤，干燥即得红矾钠。

(6)取一定质量的固体D溶解于200 mL的稀硫酸中，向所得溶液中加入5.0 mol/L的NaOH溶液，生成沉淀的物质的量（n）与加入NaOH溶液的体积（V）关系如图所示，则稀硫酸的浓度为_________，固体D中含铁化合物的物质的量为___________。

Answer 1

【答案】增大反应物的接触面积，加快反应速率，提高浸出率 漏斗、烧杯 3NaBiO3 + Cr2(SO4)3+ 7NaOH+ H2O = 2Na2CrO4 + 3Na2SO4 +3Bi(OH)3 2CrO42－+2H+ Cr2O72－+H2O 冷却结晶 2.5mol·L－1 0.1mol

【解析】

(1)加入过量硫酸之前先要将铬铁矿矿石粉碎，其目的是增大反应物的接触面积，加快反应速率，提高浸出率；综上所述，本题答案是：增大反应物的接触面积，加快反应速率，提高浸出率。

(2)操作I、III、IV均为过滤，则用到的主要玻璃仪器有玻璃棒和漏斗、烧杯；综上所述，本题答案是：漏斗、烧杯。

(3)从流程可以看出：NaBiO3与Cr2(SO4)3在碱性环境下发生氧化还原反应，反应生成Bi(OH)3和Na2CrO4，反应的化学方程式3NaBiO3 +Cr2(SO4)3+7NaOH+ H2O = 2Na2CrO4 +3Na2SO4 +3Bi(OH)3；综上所述，本题答案是：3NaBiO3 +Cr2(SO4)3+7NaOH+H2O = 2Na2CrO4 + 3Na2SO4 +3Bi(OH)3。

(4)在酸性条件下，CrO42－可以部分转化为Cr2O72－，反应的离子方程式：2CrO42－+2H+ Cr2O72－+H2O ；综上所述，本题答案是：2CrO42－+2H+ Cr2O72－+H2O。

（5）从溶液中得到晶体的一般操作是：蒸发浓缩，冷却结晶，过滤，洗涤，干燥；经过以上步骤就可以得到红矾钠；综上所述，本题答案是：冷却结晶。

(6)根据图像可知加入氢氧化钠时没有立即产生沉淀，说明酸过量，首先发生酸碱中和，当沉淀不再发生变化时需要氢氧化钠是180毫升，继续加入氢氧化钠沉淀开始减小，即氢氧化铝开始溶解，溶解氢氧化铝消耗的氢氧化钠溶液体积是40毫升，则生成氢氧化铝消耗的氢氧化钠溶液的体积是120毫升，所以与铁离子反应的氢氧化钠溶液体积是60毫升，物质的量为0.06×5=0.3mol，根据方程式：Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓可知，铁离子的量为0.1mol；根据铁元素守恒可知，固体D中含有铁元素的化合物FeO的物质的量为0.1mol，当沉淀达到最大值时溶液中的溶质是硫酸钠，则根据原子守恒可知硫酸钠的物质的量为0.2×5/2=0.5mol；则硫酸的浓度为0.5/0.2=2.5mol/L；综上所述，本题答案是：2.5mol·L－1 ；0.1mol。