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红矾钠(重铬酸钠:Na2Cr2O7?2H2O)是重要的基础化工原料.铬常见价态有+3、+6价.铬的主要自然资源是铬铁矿FeCr2O4(含有Al2O3、MgO、SiO2等杂质),实验室模拟工业以铬铁矿为原料生产红矾钠的主要流程如图1所示:
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①中主要反应:4FeCr2O4+8Na2CO3+7O2
高温
8Na2CrO4+2Fe2O3+8CO2
①中副反应:Al2O3+Na2CO3
高温
2NaAlO2+CO2↑,SiO2+Na2CO3
高温
Na2SiO3+CO2
请回答下列问题:
(1)FeCr2O4化学名为亚铬酸亚铁,写出它的氧化物形式
 
.步骤“①”的反应器材质应选用
 
(填“瓷质”、“铁质”或“石英质”).
(2)“②”中滤渣1的成分是
 
,“③”中调pH值是
 
 (填“调高”或“调低”),“④”中 滤渣2的成分是
 

(3)“⑤”酸化的目的是使CrO42-转化为Cr2O72-,写出平衡转化的离子方程式:
 

(4)如图2所示是Na2Cr2O7?2H2O和Na2SO4的溶解度曲线,则操作Ⅰ是
 
,操作Ⅱ是
 
(填序号).
①蒸发浓缩,趁热过滤          
②降温结晶,过滤
(5)已知某铬铁矿含铬元素34%,进行步骤①~④中损失2%,步骤⑤~⑦中产率为92%,则1吨该矿石理论上可生产红矾钠
 
吨(保留2位小数).
分析:(1)根据金属元素的化合价书写相应的氧化物,注意氧化物形式中Fe与Cr原子之比为1:2;
“瓷质”或“石英质”仪器都含有二氧化硅,高温下与碳酸钠反应,故性质“铁质”仪器;
(2)步骤①中有氧化铁生成,氧化铝、二氧化硅发生反应生成可溶性盐,氧化镁不反应,据此判断步骤②中滤渣1的成分;
氧化铁不溶于水,铬铁矿经煅烧、水浸之后除去生成的氧化铁及氧化镁,副反应中生成Na2SiO3、NaAlO2等杂质,将pH值调低,可生成H2SiO3、Al(OH)3沉淀过滤除去;
步骤“③”调节pH值,生成H2SiO3、Al(OH)3沉淀过滤除去,故“④”中滤渣2的成分是H2SiO3、Al(OH)3沉淀;
(3)酸化的目的是使CrO42-转化为Cr2O72-,则CrO42-在酸性条件下与H+离子反应生成Cr2O72-
(4)操作Ⅰ是分离出硫酸钠,操作Ⅱ获得红矾钠,由图2可知,硫酸钠的溶解度受温度影响比较大,应采取降温结晶、过滤;红矾钠溶解度受温度影响变化不大,应采取蒸发结晶、过滤;
(5)令生成红矾钠x吨,根据关系式 2Cr~Na2Cr2O7?2H2O进行计算,注意各步的损失率、利用率.
解答:解:(1)FeCr2O4中铁元素化合价是+2价,氧化物为FeO,铬元素化合价+3价,氧化物为Cr2O3,FeCr2O4中铁铁原子与Cr原子物质的量之比为1:2,所以FeCr2O4写成氧化物形式为FeO?Cr2O3
“瓷质”或“石英质”仪器都含有二氧化硅,高温下与碳酸钠反应,故选择“铁质”仪器,
故答案为:FeO?Cr2O3 ;铁质;
(2)步骤①中有氧化铁生成,氧化铝、二氧化硅发生反应生成可溶性盐,氧化镁不反应,据此判断步骤②中滤渣1的成分;
氧化铁不溶于水,铬铁矿经煅烧、水浸之后除去生成的氧化铁及氧化镁,副反应中生成Na2SiO3、NaAlO2等杂质,将pH值调低,可生成H2SiO3、Al(OH)3沉淀过滤除去;
步骤“③”调节pH值,生成H2SiO3、Al(OH)3沉淀过滤除去,故“④”中滤渣2的成分是H2SiO3、Al(OH)3沉淀,
故答案为:Fe2O3、MgO;调低;H2SiO3、Al(OH)3
(3)酸化的目的是使CrO42-转化为Cr2O72-,则CrO42-在酸性条件下与H+离子反应生成Cr2O72-,该反应为可逆反应,反应的离子方程式为2CrO42-+2H+?Cr2O72-+H2O,
故答案为:2CrO42-+2H+?Cr2O72-+H2O;
(4)操作Ⅰ是分离出硫酸钠,操作Ⅱ获得红矾钠,由图2可知,硫酸钠的溶解度受温度影响比较大,应采取降温结晶、过滤;红矾钠溶解度受温度影响变化不大,应采取蒸发结晶、过滤,
故答案为:②;①;
(5)令生成红矾钠x吨,则:
      2Cr~~~~~Na2Cr2O7?2H2O
      104                  298
1吨×37%×(1-2%)×92%     x吨
所以:104:298=1吨×37%×(1-2%)×92%:x吨
解得x=0.88,
故答案为:0.88.
点评:本题考查化学工艺流程、物质的分离提纯、对操作的理解分析与评价、化学计算等,题目综合性较大,侧重对学生综合能力的考查,理解原理、掌握元素化合物性质是关键.
练习册系列答案
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(2013?江门一模)化工原料红矾钠(重铬酸钠:Na2Cr207-2H20)主要是以铬铁矿(主要成份为FeO-Cr2O3,还含有A1203,Si02等杂质)为主要原料生产,其主要工艺流程如图1:

步骤①中主要反应的化学方程式为:Fe0?Cr2O3+8Na2C03+702=8Na2Cr04+2Fe2O3+8C02
(I)①中反应是在回转窑中进行,反应时需不断搅拌,其作用是
增大反应物的接触面积,加快反应速率
增大反应物的接触面积,加快反应速率

(2)杂质A1203,SiO2在①中转化的化学反应方程式为
Al2O3+Na2CO3
 高温 
.
 
2NaAlO2+CO2↑;SiO2+Na2CO3
 高温 
.
 
Na2SiO3+CO2
Al2O3+Na2CO3
 高温 
.
 
2NaAlO2+CO2↑;SiO2+Na2CO3
 高温 
.
 
Na2SiO3+CO2

(3)用化学平衡移动原理说明③中煮沸的作用是
水解吸热,煮沸促进AlO2-+2H2O?Al(OH)3+OH-,SiO32-+H2O?HSiO3-+OH-水解平衡向右移动,生成氢氧化铝、硅酸沉淀
水解吸热,煮沸促进AlO2-+2H2O?Al(OH)3+OH-,SiO32-+H2O?HSiO3-+OH-水解平衡向右移动,生成氢氧化铝、硅酸沉淀
(用离子方程式结合文字说明),若调节pH过低产生的影响是
H+将水解生成的氢氧化铝沉淀溶解,杂质Al3+难与Na2CrO4分离
H+将水解生成的氢氧化铝沉淀溶解,杂质Al3+难与Na2CrO4分离

(4)⑤中酸化是使Cr042一转化为Cr2072一,写出该反应的离子方程式:
2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O
2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O

(5)工业上还可用电解法制备重铬酸钠,其装置示意图如图2:
阴极发生的电极反应式为:
阴极:4H2O+4e-═4OH-+2H2↑或2H2O+2e-═2OH-+H2
或4H++4e═2H2↑或2H++2e═H2
阴极:4H2O+4e-═4OH-+2H2↑或2H2O+2e-═2OH-+H2
或4H++4e═2H2↑或2H++2e═H2

阳极发生的电极反应式为:
阳极:2H2O-4e-═O2↑+4H+或4OH--4e-═O2↑+2H2O
阳极:2H2O-4e-═O2↑+4H+或4OH--4e-═O2↑+2H2O

(16分)(Ⅰ)下列实验操作或实验叙述正确的是(   )
A.可用过滤的方法除去氢氧化铁胶体中少量的氯化铁
B.用酸式滴定管量取18.80mL的碳酸钠溶液
C.配制0.1mol/L的硫酸时,用量筒量取浓硫酸,要洗涤量筒,否则配制的溶液浓度偏低
D.振荡用饱和的碳酸钠溶液吸收乙酸乙酯的试管,发现有气泡冒出,它是CO2气体
E.实验室制取氨气时,常用无水氯化钙进行干燥
(Ⅱ)红矾钠(重铬酸钠:Na2Cr2O2·2H2O)是重要的基本化工原料,在印染工业、电镀工业和皮革工业中作助剂,在化学工业和制药工业中用作氧化剂,应用十分广泛。
(1)实验室中红矾钠可用铬铁矿(主要成分:FeO·Cr2O3)作原料利用以下过程来制取。

①步骤I中反应的化学方程式为:
4FeO·Cr2O3(s)+8Na2CO3(s)+7O28Na2CrO4(s)+2Fe2O3(s)+8CO2,该反应的化学平衡常数的表达式为)_____________,在常温下该反应速率极慢,下列措施中不能使反应速率增大的是____________ 。
A、升高温度    B、将原料粉碎     C、增加纯碱的用量    D、通入过量的空气
②步骤Ⅱ中所得溶液显碱性,其中除含有Na2CrO4外,还含有铝、硅元素的化合物,它们的化学式可能是__________。
③步骤Ⅲ需将溶液的pH调至7~8并煮沸,其目的是_________________________________。
④步骤Ⅳ中发生反应的离子方程式为______________________________________________。
(2)将红矾钠与KCl固体按1:2(物质的量之比)混合溶于水后经适当操作可得到K2Cr2O7晶体。请填写表中空格,完成上述过程

序号
实验步骤
简述实验操作(不必叙述如何组装实验装置)

溶解
将混合物放入烧杯中、加水、充分搅拌直到固体不能溶解

 
 

 
 

 
 

过滤、干燥
得到K2Cr2O7晶体
 

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