Question

【题目】工业上常以铬铁矿(主要成分为亚铬酸亚铁FeCr2O4，还有Al2O3、SiO2等杂质)为主要原料生产红矾钠(Na2Cr2O7)，某实验小组模拟其流程如下图所示：

(1)步骤①中，焙烧时所用的仪器材质应选用_________(填“瓷质”、“铁质”或“石英质”)，选用该材质的原因是(结合化学方程式解释)： _____________________________________________。

(2)配平步骤①中主要反应：

____FeCr2O4＋___O2＋___Na2CO3___Fe2O3＋___Na2CrO4＋___CO2 _____________

(3)操作④中，酸化时，CrO42－ (黄色)转化为Cr2O72－(橙色)，写出平衡转化的离子方程式：____________________________________________________________。用红矾钠溶液进行下列实验：

实验过程中，①中溶液橙色加深，③中溶液变黄，对比②和④可得出结论：___________________。

(4)步骤③用硫酸将溶液的pH调至中性，所得滤渣的主要成分是__________、____________；

(5)下图是Na2Cr2O7·2H2O和Na2SO4的溶解度曲线，步骤④中获得固态副产品Na2SO4的实验操作方法为____________、___________。

(6)某工厂采用电解法处理含铬废水，耐酸电解槽用铁板作阴阳极，槽中盛放含铬废水，原理示意图如上，若不考虑气体的溶解，当收集到H213.44L(标准状况下)时有 ____________mol Cr2O72-被还原，一段时间后产生Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀。若电解后溶液中c(Cr3+)=3.0×10－5mol·L－1，则c(Fe3+)=_________。(已知Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10－38mol·L－1，Ksp[Cr(OH)3]=6.0×10－31mol·L－1)

Answer 1

【答案】铁质 Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑ 4 7 8 2 8 8 2CrO42－+2H+Cr2O72－+H2O 红矾钠酸性溶液 氧化性强 H2SiO3(H4SiO4或SiO2·H2O) Al(OH)3 加热浓缩 趁热过滤 0.1 mol 2.0×10－12mol·L－1

【解析】

（1）焙烧时，加入纯碱，Na2CO3在高温下与SiO2发生反应，瓷质、石英成分是SiO2，因此焙烧时应选用铁质，SiO2与Na2CO3反应的方程式为Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2；

（2）FeCr2O4中Fe显＋2价，Cr显＋3价，根据反应方程式为，Fe元素的化合价由＋2价→＋3价，升高1价，Cr元素的化合价由＋3价→＋6价，Cr整体升高6价，FeCr2O4整体升高7价，O2中O的化合价降低，整体降低4价，最小公倍数为28，根据原子守恒配平其他，反应方程式为4FeCr2O4＋7O2＋8Na2CO3=2Fe2O3＋8Na2CrO4＋8CO2；

（3）CrO42－溶液中存在：2CrO42－＋2H＋Cr2O72－＋H2O，酸化，加入H＋，c(H＋)增大，平衡向正反应方向进行，溶液颜色由黄色转化为橙色；①：加入硫酸，促使平衡向正反应方向进行，①中滴加C2H5OH，溶液变成绿色，Cr元素以Cr3＋形式存在，发生氧化还原反应；红钒钠溶液中加入NaOH，使平衡向逆反应方向进行，滴加C2H5OH溶液，溶液不变色，没有发生氧化还原反应，对比实验得出结论是红钒钠在酸性条件下具有强氧化性；

（4）根据流程图，反应③除去Al、Si等元素，银此滤液1中加入硫酸发生AlO2－＋H＋＋H2O=Al(OH)3↓，SiO32－＋2H＋=H2SiO3↓，滤渣成分是H2SiO3和Al(OH)3；

（5）得到Na2SO4，根据图像，Na2SO4的溶解度随着温度的升高而降低，得到Na2SO4的操作方法是蒸发浓缩、冷却结晶；

（6）根据装置图，B电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑，A电极反应式为Fe－2e－=Fe2＋，建立：H2～Fe2＋，n(Fe2＋)=13.44/22.4mol=0.6mol，根据得失电子数目守恒，n(Fe2＋)×1=n(Cr2O72－)×2×3，解得n(Cr2O72－)=0.1mol，同时产生Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀，则溶液中有c(Fe3＋)/c(Cr3＋)=Ksp[Fe(OH)3]/Ksp[Cr(OH)3]，代入数值，得出：c(Fe3＋)=2.0×10－12mol·L－1。