Question

【题目】在我国的资源储备中，铬是重要的战略金属资源。以下是以某铬渣(主要成分为Cr2O3，杂质主要是FeO、SiO2等)为原料生产Cr2O3的工艺流程：

已知：Ksp[Mg(OH)2]＝1.8×10－11，Ksp[Cr(OH)3]＝6.4×10－31。

(1)若以氧化物形式表示矿物的组成，则Fe2SiO4可表示为____________。

(2)焙烧时通入氧气的作用是__________________________________________

(3)“除杂”时加入MgSO4－(NH4)2SO4混合物与溶液中少量的PO43-、AsO43-、SiO32-反应，使其分别转化为NH4MgPO4、NH4MgAsO4、MgSiO3沉淀除去。测得反应pH与除杂率的关系如图所示。

①反应过程中控制溶液pH为9，pH>9时除杂率降低的原因是_________。

②反应的温度控制在80 ℃左右，温度不宜太高的主要原因是___________。

(4)“还原”时先调节溶液pH，再加入焦亚硫酸钠(Na2S2O5)。

①完成“还原”反应的离子方程式：________Cr2O72-＋________S2O32-＋________===________Cr3＋＋________SO42-＋________

②已知铬液中c(Cr2O72-)＝0.32 mol·L－1，为了不在还原过程中产生Cr(OH)3沉淀，应控制溶液的pH不大于________。

(5)“沉铬”的主要副产物为________。

Answer 1

【答案】2FeO·SiO2 将Cr2O3、FeO氧化 pH过高时，Mg2＋、NH4+易转化为Mg(OH)2、NH3，影响沉淀的形成 铵盐受热易分解 2 3 10H＋ 4 6 5H2O 4 Na2SO4

【解析】

铬渣（主要成分为Cr2O3，杂质主要是FeO、SiO2等）为原料生产Cr2O3，铬渣中加入碳酸钠和氧气焙烧发生反应，将Cr2O3、FeO氧化得到烧渣，水浸过滤得到尾渣和浸出液，浸出液“除杂”时加入MgSO4-（NH4）2SO4混合物与溶液中少量的PO43-、AsO43-、SiO32-反应，分别转化为NH4MgPO4、NH4MgAsO4、MgSiO3沉淀除去，铬液中加入焦亚硫酸钠（Na2S2O5）还原，得到还原液中加入氢氧化钠沉铬得到氢氧化铬，煅烧得到氧化铬，

（1）硅酸盐改写成氧化物的一般形式：活泼金属氧化物、较活泼金属氧化物、SiO2、水，结合原子守恒和化合价代数和为0改写；

（2）焙烧时通入氧气做氧化剂氧化亚铁离子和三价铬；

（3）①若pH>9，Mg2+、NH4+易转化为Mg（OH）2、NH3；

②铵盐受热容易分解；

（4）①焦亚硫酸钠（Na2S2O5）将Cr2O72-转化为毒性较低的Cr3+，同时焦亚硫酸钠被氧化为硫酸钠，根据电子守恒和原子守恒书写方程式；

②结合溶度积常数计算氢氧根离子浓度，得到溶液中氢离子浓度计算溶液pH；
（5）焦亚硫酸钠（Na2S2O5）将Cr2O72-转化为毒性较低的Cr3+，同时焦亚硫酸钠被氧化为硫酸钠，加入氢氧化钠反应沉淀铬离子，生成硫酸钠

(1)硅酸盐改写成氧化物的一般形式：活泼金属氧化物、较活泼金属氧化物、SiO2、水，结合原子守恒和化合价代数和为0改写，Fe2SiO4可表示为2FeOSiO2，

故答案为：2FeOSiO2；

(2)焙烧时通入氧气的作用是将Cr2O3、FeO氧化，

故答案为：将Cr2O3、FeO氧化；

(3)①反应过程控制溶液pH为，,若pH>9除杂率降低的原因是pH过高时，Mg2+、NH4+易转化为Mg(OH)2、NH3，影响沉淀形成，

故答案为：pH过高时，Mg2+、NH4+易转化为Mg(OH)2、NH3，影响沉淀形成；

②反应的温度控制在80℃左右，温度不宜太高的主要原因是铵盐受热分解，

故答案为：铵盐受热分解；

(4)①焦亚硫酸钠(Na2S2O5)将Cr2O72转化为毒性较低的Cr3+，同时焦亚硫酸钠被氧化为硫酸钠，其反应的离子方程式为： 2Cr2O72-＋3S2O32-＋10H+=4Cr3＋＋6SO42-＋5H2O ；

故答案为：2、3、10H+、4、6、5H2O；

②已知铬液中c(Cr2O72-)＝0.32 mol·L－1，c(Cr3+)=2 c(Cr2O72-)＝0.64 mol·L－1，Ksp[Cr(OH)3]=6.4×1031，c(OH)==1010mol/L，c(H+)=1014/1010=104mol/L，为了不使还原过程产生Cr(OH)3沉淀，应控制反应过程pH不大于4，

故答案为：4；

(5)结合还原反应的产物可知，“沉铬”主要副产物为Na2SO4，

故答案为：Na2SO4。