Question

1．重铬酸盐广泛用作氧化剂、皮革制作等．以铬矿石（主要成分是Cr₂O₃，含FeO、Al₂O₃、SiO₂等杂质）为原料制取重铬酸钠的流程如图1：

请回答下列问题：
（1）固体残渣主要是含铁元素的氧化物．在高温焙烧时生成Na₂CrO₄的化学方程式2Cr₂O₃+4Na₂CO₃+3O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+4CO₂；
（2）操作Ⅱ中通入过量CO₂生成沉淀的离子方程式分别为：SiO₃^2-+2CO₂+2H₂O=H₂SiO₃↓+2HCO₃^-；AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（3）下列仪器在分离出含Na₂CrO₄溶液的操作中，不需要的是ACE．
A．酒精灯   B．烧杯   C．蒸发皿   D．漏斗   E．冷凝管
（4）用硫酸酸化时发生反应的离子方程式是2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂0₇^2-+H₂0．
（5）工业酸性废水中的Cr₂O₇^2-通常以铁做电极，采用电 解法除去．在如图2所示的装置中：
①电极A区Cr₂O₇^2-（Cr₂O₇^2-还原为Cr³⁺）发生反应的离子方程式是Cr₂0₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂0；
②假设一段时间后，所得溶液中Fe³⁺和Cr³⁺的物质的量浓度均为0.1  mol/L，要使Fe³⁺沉淀完全而Cr³⁺还未开始沉淀．则需调节溶液   pH的范围是3.2～4.3之间．（已知：K_SPFe（OH）₃=4.0×10^-38，K_SPCr（OH）₃=6.0×10^-31，lg$\root{3}{0.4}$=-0.1，lg$\root{3}{4}$=0.2，lg$\root{3}{6}$=0.3，lg$\root{3}{60}$=0.6）

Answer 1

分析 以铬矿石（主要成分是Cr₂O₃，含FeO、Al₂O₃、SiO₂等杂质）为原料，加入碳酸钠和氧气高温灼烧发生反应生成铬酸钠，二氧化碳，水浸后过滤得到滤渣FeO，滤液为Na₂CrO₄，Na₂SiO₃，NaAlO₂；调节溶液PH沉淀硅酸跟离子和偏铝酸根离子，过滤得到滤液Na₂CrO₄，加入硫酸酸化生成重铬酸钠溶液，通过提纯得到重铬酸钠，以此来解答；
（1）水洗后的溶液里含有Na₂CrO₄，Na₂SiO₃，NaAlO₂，结合质量守恒定律及矿石的成分，可知残渣的成分里含有铁，纯碱和Cr₂O₃生成Na₂CrO₄的同时得到CO₂气体；
（2）过量的CO₂生成的盐是NaHCO₃，同时得到弱酸硅酸和氢氧化铝沉淀；
（3）通过过滤分离出含Na₂CrO₄溶液，只需要漏斗和烧杯及玻璃棒，可判断出不需要的仪器；
（4）硫酸酸化的目的是将Na₂CrO₄转化为Na₂Cr₂O₇，同时有水生成，据此写出反应方程式，再改写成离子方程式；
（5）①电极A区将Cr₂O₇^2-还原为Cr³⁺，发生的是还原反应，而A极区为阳极，应该发生的是氧化反应，可见铁为阳极，发生氧化反应生成Fe²⁺，再将Cr₂O₇^2-还原为Cr³⁺，同时得到Fe³⁺；
②可结合溶度积常数K_SPFe（OH）₃=4.0×10^-38，K_SPCr（OH）₃=6.0×10^-31，计算出Fe³⁺沉淀完全时溶液的pH及Cr³⁺开始沉淀时的溶液pH就可以得出pH的范围．

解答 解：以铬矿石（主要成分是Cr₂O₃，含FeO、Al₂O₃、SiO₂等杂质）为原料，加入碳酸钠和氧气高温灼烧发生反应生成铬酸钠，二氧化碳，水浸后过滤得到滤渣FeO，滤液为Na₂CrO₄，Na₂SiO₃，NaAlO₂；调节溶液PH沉淀硅酸跟离子和偏铝酸根离子，过滤得到滤液Na₂CrO₄，加入硫酸酸化生成重铬酸钠溶液，通过提纯得到重铬酸钠；
（1）由上述分析可知，滤渣为FeO，则固体残渣主要是含铁元素的氧化物，在高温焙烧时生成Na₂CrO₄的化学方程式为2Cr₂O₃+4Na₂CO₃+3O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+4CO₂，故答案为：铁（或Fe）； 2Cr₂O₃+4Na₂CO₃+3O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+4CO₂；
（2）操作Ⅱ中通入过量CO₂生成沉淀的离子方程式分别为SiO₃^2-+2CO₂+2H₂O=H₂SiO₃↓+2 HCO₃^-、AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，故答案为：SiO₃^2-+2CO₂+2H₂O=H₂SiO₃↓+2HCO₃^-；AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（3）分离出含Na₂CrO₄溶液，需要过滤，仪器为漏斗、烧杯、玻璃棒，不需要ACE，故答案为：ACE；
（4）用硫酸酸化时发生反应的离子方程式是2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂0₇^2-+H₂0，故答案为：2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂0₇^2-+H₂0；
（5）工业酸性废水中的Cr₂O₇^2-通常以铁做电极，则Fe为阳极，失去电子生成亚铁离子，具有还原性，
①电极A区Cr₂O₇^2-（Cr₂O₇^2-还原为Cr³⁺）发生反应的离子方程式是Cr₂0₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂0，故答案为：Cr₂0₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂0；  
②反应后所得溶液中Fe³⁺和Cr³⁺的物质的量浓度均为0.1mol/L，要使Fe³⁺沉 淀完全而Cr³⁺还未开始沉淀，需要c（Fe³⁺）=10^-5mol/l时铁离子沉淀完全，由溶度积常数Ksp=c（Fe³⁺）c³（OH^-），c³（OH^-）=$\frac{4.0×1{0}^{-38}}{1×1{0}^{-5}}$=4.0×10^-33 ，c（OH^-）=$\root{3}{4.0×1{0}^{-33}}$=$\root{3}{4}$×10^-11mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{c（O{H}^{-}）}=\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{0.2}×1{0}^{-11}}$=10^-3.2，pH=-lgc（H⁺）=3.2；
Cr³⁺还未开始沉淀，c（Cr³⁺）=0.1mol/L，Ksp=c（Cr³⁺）c³（OH^-）=6.0×10^-31，c³（OH^-）=$\frac{6.0×1{0}^{-31}}{0.1}$=6.0×10^-30；c（OH^-）=$\root{3}{6}$×10^-10mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{0.3}×1{0}^{-10}}$=10^-4.3mol/L，pH=-lgc（H⁺）=4.3，
则要使Fe³⁺沉淀完全而Cr³⁺还未开始沉淀．则需调节溶液pH的范围是3.2～4.3，
故答案为：3.2～4.3之间．

点评 本题考查混合物分离提纯的综合应用，为高频考点，把握流程中的反应及混合物分离提纯方法等为解答的关键，侧重分析与应用及计算能力的考查，综合性较强，题目难度中等．