Question

【题目】某铬铁矿主要成分是FeO·Cr2O3，含有FeCO3、SiO2、Fe3O4等杂质，现由该铬铁矿制备强氧化剂Na2Cr2O7的流程如下：

已知：常温下，Ksp[Fe(OH)3]=1.0×10-38，Ksp[Cr(OH)3]=6.3×10-30

回答下列问题：

（1）物质B为______________，溶液E为____________________。

（2）溶液G中经检测不含H2O2的可能原因是________________________________________。

（3）若步骤Ⅵ调节pH后，c(Cr3+)=6.3mol/L，则pH范围是______________（离子浓度不大于1.0×10-5mol/L即可认为沉淀完全）。

（4）步骤Ⅶ发生的离子方程式为________________________________________。

（5）Na2Cr2O7和Na2SO4的溶解度随温度变化的曲线如下图所示，步骤Ⅷ中操作a为___________、__________________。

（6）若称取mg该铬铁矿，其中FeO·Cr2O3的质量分数为70%，最终制得ng Na2Cr2O7固体，则该过程中Cr元素的转化率为____________________________。

Answer 1

【答案】 Fe3O4 NaHCO3 过量的H2O2，被Fe3+催化分解 3≤pH＜4 7H2O+3S2O32-+2Cr3+=6SO42-+Cr2O72-+14H+ 加热浓缩 趁热过滤 ×100%

【解析】分析：注意天然Fe3O4是一种反式尖晶石结构，晶体结构为六方晶系的永久磁石（硬磁体），结构牢固，很难与酸反应。由已知铬铁矿主要成分结合流程可得，铬铁矿粉酸浸后，所得溶液F中阳离子主要为：Fe2+和Cr3+，固体A为难溶的SiO2、Fe3O4等杂质；SiO2与NaOH溶液反应生成硅酸钠，硅酸钠与足量CO2反应生成碳酸氢钠和硅酸；溶液F中的Fe2+被H2O2氧化成Fe3+，通过调节pH除去Fe3+；Cr2(SO4)3溶液（H）与Na2S2O8溶液反应得到Na2Cr2O7和Na2SO4的混合溶液，最后经过一系列操作得到固体。

详解：（1）物质B具有磁性，结合铬铁矿的成分及流程可得，B为Fe3O4；溶液C为硅酸钠溶液，因为通入足量CO2，所以生成E为NaHCO3。

（2）H2O2在催化剂作用下容易分解为水和氧气，因为溶液F中的Fe2+被H2O2氧化成Fe3+，而Fe3+可以作为H2O2分解的催化剂，所以溶液G中不含H2O2。

（3）步骤Ⅵ调节pH的目的是除去Fe3+，留下Cr3+，因为离子浓度不大于1.0×10-5mol/L即可认为沉淀完全，根据常温下，Ksp[Fe(OH)3]=1.0×10-38，Fe3+刚好沉淀完全时：c(Fe3+)c3(OH-)=Ksp[Fe(OH)3]，即1.0×10-5×c3(OH-)=1.0×10-38，解得：c(OH-)=10-11，所以c(H+)=Kw/10-11=10-3，则pH=3；根据常温下，Ksp[Cr(OH)3]=6.3×10-30，调节pH后，c(Cr3+)=6.3mol/L，Cr3+刚开始沉淀时：c(Cr3+)c3(OH-)=Ksp[Cr(OH)3]，即6.3×c3(OH-)=6.3×10-30，解得：c(OH-)=10-10，所以c(H+)=Kw/10-10=10-4，则pH=4，综上分析，步骤Ⅵ调节pH范围是：3≤pH＜4。

（4）步骤Ⅶ中，Cr3+和S2O32-发生氧化还原反应生成Cr2O72-和SO42-，根据电子守恒、原子守恒及电荷守恒，离子方程式为：7H2O+3S2O32-+2Cr3+=6SO42-+Cr2O72-+14H+。

（5）步骤Ⅷ中，从Na2Cr2O7和Na2SO4的混合液中得到Na2SO4固体，由图可知，温度升高有利于硫酸钠结晶析出，而Na2Cr2O7的溶解度增大不会析出，所以操作a可以是：加热浓缩、趁热过滤。

（6）mg铬铁矿中Cr元素的质量为：=，最终制得n g Na2Cr2O7中Cr元素的质量为：=，所以Cr元素的转化率为：÷（）×100%=×100%。