题目内容

12．铬及其化合物用途广泛，工业上冶炼铬的主要步骤如图1所示：

（1）写出铬铁矿焙烧的化学方程式：8Na2CO3+4Fe（CrO2）2+7O2 $\frac{\underline{\;煅烧\;}}{\;}$8Na2CrO4+2Fe2O3+8CO2↑，步骤Ⅰ涉及的操作有溶解、过滤（填操作名称）；
（2）步骤Ⅱ中可加入Na2S溶液实现转化，反应后的滤液中有Na2S2O3，该转化的离子方程式为8CrO42-+6S2-+23H2O═8Cr（OH）3↓+3S2O32-+22OH-；
（3）步骤IV中电解熔融Cr2O3的阳极反应式为2O2--4e-=O2↑；
（4）K2Cr2O7可由KCl和Na2Cr2O7反应制得，根据图2所示溶解度曲线图，简述能制取K2Cr2O7晶体的原因在60℃以上蒸发溶剂，NaCl溶解度最小，易沉淀，从而使反应KCl+Na2Cr2O7═K2Cr2O7+2NaCl↓ 发生，因K2Cr2O7溶解度随温度变化较大，取滤液降温结晶，即得K2Cr2O7晶体；
（5）已知Cr（OH）3的Ksp=6.3×10-31．若地表水铬含量最高限值是0.1mg/L，要使溶液中c（Cr3+）降到符合地表水限值，须调节溶液的c（OH-）≥$\root{3}{\frac{6.3×1{0}^{-31}}{\frac{1×1{0}^{-4}}{52}}}$（只写计算表达式）．

分析 （1）铬铁矿加入碳酸钠，通入氧气焙烧发生反应生成氧化铁、Na2CrO4和二氧化碳，结合原子守恒和电子守恒配平书写化学方程式；步骤Ⅰ加入水溶解，分离固体和溶液用过滤；
（2）步骤Ⅱ中可加入Na2S溶液实现转化，反应后的滤液中有Na2S2O3，生成Cr（OH）3↓沉淀，结合原子守恒和电子守恒配平书写化学方程式，Cr元素的化合价由+6价变为+3价；
（3）电解熔融状态的Cr2O3，阳极上氧离子失电子发生氧化反应，阴极上铬离子得电子发生还原反应；
（4）在60℃以上蒸发溶剂，NaCl溶解度最小，易沉淀，因K2Cr2O7溶解度随温度变化较大，取滤液降温结晶，即得K2Cr2O7晶体；
（5）根据Cr（OH）3的Ksp=6.3×10-31=c（Cr3+）×c3（OH-）计算．

解答 解：（1）铬铁矿加入碳酸钠，通入氧气焙烧发生反应生成氧化铁、Na2CrO4和二氧化碳，反应的化学方程式为：8Na2CO3+4Fe（CrO2）2+7O2$\frac{\underline{\;煅烧\;}}{\;}$8Na2CrO4+2Fe2O3+8CO2↑，步骤Ⅰ加入水溶解，分离固体和溶液用过滤，步骤Ⅰ涉及的操作有溶解、过滤，
故答案为：8Na2CO3+4Fe（CrO2）2+7O2$\frac{\underline{\;煅烧\;}}{\;}$8Na2CrO4+2Fe2O3+8CO2↑；溶解、过滤；
（2）步骤Ⅱ中可加入Na2S溶液实现转化，反应后的滤液中有Na2S2O3，生成Cr（OH）3↓沉淀，Cr元素的化合价由+6价变为+3价，硫元素-2价变化为+2价，结合电子守恒和电荷守恒、原子守恒配平书写得到离子方程式：8CrO42-+6S2-+23H2O═8Cr（OH）3↓+3S2O32-+22OH-，
故答案为：8CrO42-+6S2-+23H2O═8Cr（OH）3↓+3S2O32-+22OH-；
（3）电解熔融状态的Cr2O3，阳极上氧离子失电子生成氧气，阴极上铬离子得电子发生还原反应，所以阳极上电极反应式为：2O2--4e-=O2↑，
故答案为：2O2--4e-=O2↑；
（4）K2Cr2O7可由KCl和Na2Cr2O7反应制得，根据图2所示溶解度曲线图，能制取K2Cr2O7晶体的原因是：在60℃以上蒸发溶剂，NaCl溶解度最小，易沉淀，从而使反应KCl+Na2Cr2O7═K2Cr2O7+2NaCl↓ 发生，因K2Cr2O7溶解度随温度变化较大，取滤液降温结晶，即得K2Cr2O7晶体，
故答案为：在60℃以上蒸发溶剂，NaCl溶解度最小，易沉淀，从而使反应KCl+Na2Cr2O7═K2Cr2O7+2NaCl↓ 发生，因K2Cr2O7溶解度随温度变化较大，取滤液降温结晶，即得K2Cr2O7晶体；
（5）若地表水铬含量最高限值是0.1mg/L，换算成物质的量浓度c（Cr3+）=$\frac{1×1{0}^{-4}}{52}$mol/L，要使溶液中c（Cr3+）降到符合地表水限值，已知Cr（OH）3的Ksp=6.3×10-31=c（Cr3+）×c3（OH-），须调节溶液的c（OH-）≥$\root{3}{\frac{6.3×1{0}^{-31}}{\frac{1×1{0}^{-4}}{52}}}$mol/L，
故答案为：$\root{3}{\frac{6.3×1{0}^{-31}}{\frac{1×1{0}^{-4}}{52}}}$．

点评 本题考查较为综合，涉及氧化还原反应、电解原理、化学方程式书写、物质分离提纯等知识点，需要学生具备扎实的基础知识，平时注意培养分析和解决问题的能力，题目难度中等．

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